Dissertations / Theses: 'Carbone forestier'

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Nkoue-ndondo, Gustave-Raoul. "Le cycle du carbone en domaine tropical humide : exemple du bassin versant forestier du Nyong au sud Cameroun." Toulouse 3, 2008. http://thesesups.ups-tlse.fr/476/.

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Abstract:

Les suivis spatio-temporels des teneurs en carbone et de sa signature isotopique d13C dans le bassin versant du Nyong permettent d'une part, à une échelle locale (petit bassin versant du Mengong), d'identifier les sources de carbone et d'autre part, à une échelle régionale (bassin du Nyong), de comprendre les processus biogéochimiques qui contrôlent les transformations et les échanges de carbone entre les différents réservoirs au cours du transfert de l'amont vers l'aval. Dans ces écosystèmes tropicaux humides, les sols marécageux de bas fonds présentent en surface un épais horizon humifère riche en carbone organique (12 à 16%), avec des signatures isotopiques d13C de -29‰ en équilibre avec celle des plantes en C3 (-32‰ à -28‰). La minéralisation de la MO et le lessivage des zones marécageuses sont responsables en saison des pluies des fortes teneurs en COD (jusqu'à 38 mg/l), des fortes pCO2 et des signatures isotopiques d13CCID appauvries (-20‰ en moyenne) des cours d'eau. En saison sèche, la réduction des zones marécageuses favorise l'alimentation des cours d'eau par les eaux de nappe pauvre en COD (< 1mg/l) et enrichies en 13C (d13CCID jusqu'à -7‰). Les flux de carbone vers l'océan pour le bassin du Nyong, estimés à 1,2. 106 t C/an (soit 6,24 t C/km2/an) sont constitués à 80% de COD, 8% de COP et 12% de CID. Au cours du transfert d'amont en aval, une diminution de COD de 33% est observée en relation avec des processus d'oxydation. Les fortes pCO2 qui en résultent, favorisent un dégazage du CO2 vers l'atmosphère, estimé pour le réseau hydrographique du Nyong à 2,3. 105 t C/an ; ce dégazage s'accompagne d'un enrichissement isotopique d'amont en aval de l'ordre de 4‰. L'altération des minéraux silicatés par les acides organiques entraîne un excédent de Ca+Mg (0,5< Ca+Mg/HCO3- <2,2) par rapport à une altération par l'acide carbonique (Ca+Mg/HCO3- = 0,5). Cet excédent est corrélé positivement aux teneurs en COD et négativement au d13CCID dans les eaux de surface. .
Spatial and temporal follow ups of carbon contents and its isotopic signature d13C in the Nyong river basin allow on one hand, at a local scale (small experimental catchment of Mengong), to identify the carbon sources, and on the other hand, at a regional scale (Nyong river basin), to understand the biogeochemical processes which control the carbon transformations and exchanges between the different reservoirs during the transfer from upstream to downstream. In these wet tropical ecosystems, the swampy soils of bottom valley low marshes present in surface a thick organic carbon rich horizon (12 to16 %), with isotopic signatures d13C of -29 ‰ in equilibrium with C3 plants (-32 ‰ to -28 ‰). During the rainy season, the mineralization of organic matter and the leaching of swampy areas are responsible of hight DOC contents (until 38 mg / L) in streamwaters, strong pCO2 and impoverished d13CDIC isotopic signatures (-20 ‰ on average). During the dry season, the shrinkage of the swampy zones facilitates the supply of streams by low DOC content (< 1mg / L) and enriched d13CDIC (d13CDIC until 7 ‰%) grounwaters. The carbon flux into the ocean is estimated to 1. 2*106 t C / year, i. E. 6. 24 t C/km2. Year, of which 80 % of DOC, 8 % of POC and 12 % of DIC. During the transfer from upstream to downstream, a DOC decrease of 33 % is observed in relation with oxidation processes. The resulting strong pCO2 facilitate the CO2 degassing towards the atmosphere, estimated for the Nyong river system at 2. 3* 105 t C / year. This CO2 degassing is accompanied by an isotopic enrichment of about 4 ‰. The weathering of silicate minerals by organic acids leads to a surplus of Ca+Mg (0. 5 < Ca+Mg / HCO3- < 2. 2) with regard to a natural weathering pathway by the carbonic acid (Ca+Mg / HCO3- = 0. 5). .

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Fortin, Claude. "Approche de quantification et de récompense des bénéfices climatiques associés à un projet de séquestration de carbone en milieu forestier : implications pour le marché du carbone québécois." Master's thesis, Université Laval, 2019. http://hdl.handle.net/20.500.11794/35415.

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Abstract:

Cette étude s’inscrit dans la mouvance internationale qui vise à développer et à mettre en place des mécanismes de marché efficaces pour lutter contre les changements climatiques. Dans le contexte québécois, cela s’est principalement traduit par la mise en place d’un système de plafonnement et d’échange de droits d’émission de gaz à effet de serre et d’un volet des crédits compensatoires (CrC). Contrairement à un projet de réduction de GES, un projet de séquestration de carbone en milieu forestier est intrinsèquement non permanent. Cette caractéristique limite le potentiel réel des CrC délivrés à annuler ou compenser la totalité des effets négatifs résultant d’une émission de GES dans l’atmosphère. C’est principalement pour cette raison que le secteur forestier est actuellement exclu du volet des CrC québécois. Actuellement, peu importe le type de marché (volontaire ou réglementaire), l’approche de délivrance de CrC adoptée pour les projets de séquestration de carbone anticipe un bénéfice climatique, forçant ainsi les promoteurs de projet et les autorités d’un volet de CrC à mettre en place des mesures contraignantes et à long terme de suivi pour assurer l’intégrité environnementale. L’objectif du projet de recherche est de proposer une nouvelle approche de quantification et de délivrance de CrC pour les projets de séquestration de carbone. À l’instar de l’approche actuelle, l’approche proposée doit non seulement quantifier et récompenser une quantité de carbone séquestré, mais également et surtout, quantifier et récompenser la dimension temporelle implicite aux bénéfices de maintenir une quantité de carbone hors de l’atmosphère pendant une période de temps donnée. En utilisant le forçage radiatif comme indicateur d’un effet sur le système climatique, l’approche démontre qu’il est possible d’intégrer ces deux variables dans la détermination du nombre de CrC à délivrer à un promoteur de projet. Par conséquent, les contraintes associées au critère de la permanence deviennent caduques.
This study is part of the international movement to develop and implement effective market mechanisms to fight climate change. In Québec, this is mainly reflected in the establishment of a cap-and-trade system for greenhouse gas emission allowances and an offset credit component. Unlike a GHG reduction project, a forest carbon sequestration project is inherently non-permanent. This feature limits the real potential to cancel or offset all the negative effects resulting from a GHG emission into the atmosphere behind the used of an offset credit (OCr). It is mainly for this reason that the forestry sector is currently excluded from the Quebec OCr component. Currently, regardless of the type of market (voluntary, regulatory), the OCr issuance approach adopted for carbon sequestration projects anticipates a climate benefit, forcing project proponents and OCr to put in place binding and long-term follow-up measures to ensure the environmental integrity. The main objective of the research project is to propose a new approach for quantifying and delivering OCr for carbon sequestration projects. Like the current approach, the proposed approach must not only quantify and reward a quantity of carbon sequestered, but also and above all, quantify and reward the temporal dimension implicit in the creation of climate benefits associated with the maintenance of an amount of carbon out of the atmospheric atmosphere for a given period of time. Using radiative forcing as an indicator of an effect on the climate system, the approach demonstrates that it is possible to integrate these two variables into the determination of the number of OCrs to be delivered to a project promoter. As a result, the constraints associated with the permanence test become obsolete.

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Paradis, Laurence. "Comparaison du bilan de carbone et du potentiel d'atténuation des changements climatiques de stratégies d'aménagement forestier dans la sapinière boréale du Québec (Canada)." Master's thesis, Université Laval, 2018. http://hdl.handle.net/20.500.11794/30685.

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Abstract:

L’aménagement forestier peut jouer un rôle dans la lutte contre les changements climatiques en augmentant le stockage de carbone dans la biomasse végétale et les produits du bois ainsi qu’en substituant des matériaux à empreinte carbone plus élevée par le bois. Cette étude visait à déterminer quelle stratégie d’aménagement écosystémique dans la sapinière à bouleau blanc de l’Est de la forêt boréale québécoise peut y contribuer. Ont été simulés sur une période de 199 ans : un scénario de référence représentant une coupe totale à 50 ans, deux scénarios avec révolution plus longue (70 et 80 ans), un scénario avec coupe partielle et un autre sans intervention (conservation). La comparaison des scénarios s’est faite sur la base de bilan de carbone en tonne de CO2e et sous l’approche du forçage radiatif, prenant en considération la distribution temporelle des émissions. Par rapport au scénario de référence, les scénarios à longue révolution et, dans une moindre mesure, la coupe partielle apportent de plus grands bénéfices au climat en augmentant les stocks de carbone en forêt et le ratio de produits de longue durée résultant des récoltes. Les produits du bois sont un élément clé de l’étude : les actions permettant de rallonger leur durée de vie et d’augmenter leur effet de substitution ont un impact majeur sur le bilan total et démontrent l’importance de les inclure dans l’évaluation. L’étude a aussi soulevé les besoins d’augmenter les connaissances par rapport à la dynamique de carbone dans les vieilles forêts, l’influence des changements climatiques sur celles-ci ainsi que sur la croissance des arbres, l’évolution du carbone dans le sol et des patrons de perturbations naturelles. L’effet induit par un scénario d’aménagement sur la vulnérabilité du peuplement face aux effets des changements climatiques pourrait également affecter sa performance d’atténuation du climat et devrait être testé ultérieurement.
Management of the world’s forests can play a role for climate change mitigation by increasing CO2 storage in vegetation biomass and harvested wood products, and by displacing CO2-intensive materials such as steel or concrete. This study aimed to determine how management of boreal forest stands can contribute to climate change mitigation in the context of ecosystem-based management. The study was based on the comparison of different strategies applied to a balsam fir-white birch stand in the Eastern boreal forest of Quebec (Canada). We simulated five scenarios over a 199- year period at the stand level: a reference scenario involving clearcut at 50-year intervals, and four 12 alternative scenarios clearcut with longer rotation length (70 and 80 years), partial cut, and a no harvest scenario. Overall, scenarios with longer clearcut rotations and, to a lesser extent, partial cut resulted in a higher potential to mitigate climate change. The substitution effect of wood products was revealed as a key aspect, suggesting that wood product manufacturing and utilisation on the markets, and not only forest management, need to be carefully considered.

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Prügel, Bärbel. "Contribution à l'étude des modifications chimiques des cires cuticulaires de picea abies (L. ) Karst et de picea sitchensis (Bong. ) carr. En relation avec le dépérissement forestier et l'augmentation du taux de CO2 dans l'atmosphère." Nancy 1, 1994. http://www.theses.fr/1994NAN10141.

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Abstract:

Dans le cadre de ce travail, la composition chimique des cires cuticulaires de Picea abies et de Picea sitchensis a été étudiée, aussi bien au niveau qualitatif qu'au niveau quantitatif. Un inventaire des composés contenus dans les cires des deux espèces a été établi en utilisant diverses méthodes chromatographiques. Les cires des deux espèces sont principalement constituées d'estolides, d'alcools secondaires, de diols et d'acides gras, mais dans des proportions différentes selon l'espèce considérée. Au niveau qualitatif, les cires des deux conifères se différencient par des classes de substances mineures, telles que les esters méthyliques et éthyliques et les aldéhydes à longue chaîne. A partir d'observations par microscopie électronique à balayage, le dépérissement forestier a été lié à un vieillissement précoce des aiguilles. Cette hypothèse a été testée en comparant la quantité et la composition chimique des cires de picea abies en fonction de l'âge des aiguilles, du niveau de dépérissement de l'arbre et de la région de prélèvement. Au niveau des paramètres étudiés, les phénomènes de vieillissement et de dépérissement entraînent des modifications différentes de la composition des cires. Cependant, chacun des phénomènes se présente de la même façon dans toutes les régions considérées. L’effet de différents taux de CO2 atmosphérique sur la composition des cires cuticulaires a été étudié principalement à l'aide des chambres à ciel ouvert de 4 stations expérimentales. Pour un des sites, chaque taux de CO2 a été combiné avec un traitement de l'air différent (air purifié et air non purifié), différencié essentiellement par la concentration d'ozone. Une augmentation du taux de CO2 entraînerait des modifications différentes de celles constatées en relation avec le dépérissement et le vieillissement. De plus, une interaction ozone-CO2, probablement due à une perturbation de l'ouverture stomatique par l'impact de l'ozone, a pu être observée

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Ben, Brahim Mohammed. "Effets de la nutrition phosphatée sur la croissance et le bilan de carbone des jeunes plants de pin maritime." Nancy 1, 1996. http://www.theses.fr/1996NAN10101.

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Abstract:

Les effets à long terme de la carence phosphatée sur la croissance et le bilan de carbone ont été étudiés chez des jeunes plants (un et deux ans) de pin maritime élevés en pépinière. L’allocation du phosphore et du carbone entre les différents compartiments de l'arbre et les différents paramètres de photosynthèse ont été étudiés dans une gamme de P foliaire allant d'un niveau extrêmement carence (0. 04% MS) à un niveau proche de l'optimale (0. 17% MS). La croissance optimale des jeunes plants de pin maritime est observée pour des teneurs en P foliaire comprises entre 0. 17 et 0. 2%. En cas de carence en P, les racines retiennent la majeure partie voire même l'intégralité du phosphore absorbé, l'allocation du carbone vers la partie racinaire est aussi privilégiée par rapport à la partie aérienne. Par conséquent, la croissance racinaire est maintenue dans une large gamme de P foliaire. Quand la concentration en P foliaire est proche de l'optimale (0. 13 à 0. 17%) la croissance est réduite via la surface foliaire totale alors que le taux d'assimilation par unité de surface foliaire n'est pas affecté par la nutrition phosphatée. En dessous de ces valeurs, la photosynthèse est réduite par la carence en P. Le phosphore ne semble pas agir sur la respiration et les processus diffusifs de la photosynthèse (conductance stomatique et la conductance mésophylienne). De même, en cas de carence en P, l'assimilation du CO2 n'est pas diminuée via la vitesse d'utilisation des trios-P. La vitesse de carboxylation maximale, le flux maximal de transport d'électrons et l'efficience quantique augmentent avec l'augmentation de la concentration en P foliaire et atteignent leur maximum quand la concentration en P foliaire est de 0. 13%

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Bernoux, Martial. "Stocks de carbone des sols de l’Amazonie occidentale et leur dynamique lors de la conversion de la foret en pâturage." Orléans, 1998. http://www.theses.fr/1998ORLE2004.

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Abstract:

L’objectif de ce travail est l'évaluation des stocks de carbone (C) des sols de l’Amazonie occidentale et de leur dynamique lors de la conversion de la foret en pâturage. Le calcul des stocks de c, sur une épaisseur donnée de sol, nécessite la connaissance des teneurs en c et des densités apparentes (DA) pour l'ensemble des horizons considérés. Or, les DA sont très souvent absentes dans les études antérieures, ainsi que les teneurs en C pour certain nombre d'horizons. Il a donc fallu construire des outils permettant leur estimation. La DA a été estimée à l'aide de régressions multiples à partir d'autres caractéristiques édaphiques, pour des données disponibles concernant 323 horizons de sol. Les teneurs en argile et en C sont les meilleurs paramètres pour estimer la DA. Le problème des données manquantes de C est résolu par l'utilisation d'équations de type puissance ou exponentiel pour modéliser la distribution du C avec la profondeur. Les résultats montrent que les deux modèles sont bien adaptes à ces sols. Toutefois, l'intérêt du modèle exponentiel est double : il permet des estimations plus précises ainsi que de valoriser beaucoup plus de données existantes. Les stocks de C ont été calculés pour une région de 334. 000 km2. Les valeurs obtenues s'avèrent être similaires, entre 2100 e 2400 tg C. L'approche géostatistique fournit une valeur de 2220 tg C avec une erreur de 13%, contre 40% pour les approches cartographiques. La dynamique du C est étudiée pour la conversion de la foret en pâturage à l'aide du traçage naturel en 13C et la modélisation selon des modèles à 1 ou 2 compartiments. Le modèle à un compartiment a été retenu car beaucoup plus précis. Il conduit à estimer un temps moyen de résidence (TMR) du C provenant de la foret initiale de 18 ans pour la couche 0-5 cm, et de 56 ans pour celle 20-30 cm. Quant au C introduit par le pâturage, celui-ci possède un TMR de 5 à 6 ans, quelle que soit la couche analysée.

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Moukoumi, Judicaël. "Effet des essences forestières sur la biodégradation des matières organiques : impact sur la dynamique et le cycle du carbone, de l'azote et des éléments minéraux." Nancy 1, 2006. http://www.theses.fr/2006NAN10133.

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Abstract:

Cette étude visait à déterminer les indicateurs pertinents de la dynamique des matières organiques (MO) et de certaines étapes du cycle du carbone, de l’azote et des éléments minéraux en relation avec la nature des essences. Le site expérimental de Breuil-Chenue (Morvan), permettant dans des conditions identiques, de suivre l’effet des essences, a servi de support aux travaux. Les différentes approches expérimentales (in situ et au laboratoire) montrent que 30 ans après la plantation, l’expression de la forêt native (taillis sous futaie à hêtre dominant, 150 ans) a disparu au profit des jeunes peuplements. On observe des différences marquées dans la décomposition des substrats végétaux, la minéralisation du carbone et de l’azote, et la dynamique des éléments majeurs jusque dans les agrégats de sol. On distingue: les peuplements à bon potentiel de décomposition des MO comme les plantations de Douglas, et de hêtre, dont la MO résiduelle de l’horizon A1 est peu abondante et relativement récalcitrante. La nitrification y est efficace, et mobilise préférentiellement Ca, Mn et Mg. Les peuplements à faible potentiel de décomposition comme la forêt native, et surtout l’épicéa, dont la litière plus riche en lignine, Fe et Al s’accumule à la surface du sol, donnant lieu à une MO minéralisable abondante dans l’horizon A1. La nitrification y est très faible, et Fe et Al sont fortement mobilisés. Le peuplement de chêne aux feuilles pauvres en lignine et plus riches en Ca, Mg, Mn et K, occupe une position intermédiaire. Les substrats végétaux s’y décomposent rapidement. Cependant, la forte production de litière, et sa proportion élevée en bois favorisent son accumulation au sol
The aim of this study was to determine the relevant indicators of the dynamic of organic matter (OM) and some steps of the cycle of carbon, nitrogen and mineral nutrients in relation with the nature of tree species. The experimental site of Breuil-Chenue (Morvan), which allows on similar conditions, to follow the tree species effect, was used as work support. Field and laboratory experimental approaches show that 30 years after the plantation, the expression of the native forest (a coppice with standards dominated by beech, 150 year-old) disappeared, under the effect of young tree species. Marked differences were observed in litter decomposition, carbon and nitrogen mineralization, and dynamics of major elements, even in soil aggregate fractions. Groups of tree species stands were distinguished: the first one having a good potential of decomposition, concerns Douglas fir and beech, whose OM in the A1 horizon, was not abundant but relatively recalcitrant. Nitrate production was higher and implicated on Ca, Mn and Mg mobility. The second group was characterized by a low potential of decomposition. It includes native forest, and spruce plantation whose needles richest in lignin, Fe and Al accumulate on topsoil. Soil OM from these both stands presented a weak nitrate production, but release much more soluble organic compounds with a great potential of carbon mineralization in lab. Fe and Al were more mobilized. The oak plantation, with leaf litter low in lignin and richer in Ca, Mg, Mn and K, occupied an intermediate position. Plant materials were decomposed rapidly. However, strong production of litter and its high proportion of wood result in it accumulation on topsoil

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Kaushal, Parvinder. "Analyse écophysiologique des effets de stress liés aux transplantations des arbres forestiers." Nancy 1, 1987. http://www.theses.fr/1987NAN10299.

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Abstract:

Influence d'un stress hydrique sur l'établissement et la croissance des semis transplantés (effets sur la photosynthèse et la transpiration). Aide à la règlementation racinaire et à la reprise des plants par habillage des racines et apport d'une fertilisation azotée. Évolution des réserves carbonées : sucres solubles et amidon. Enrichissement atmosphérique en CO::(2) pour augmenter la production de biomasse et réduire le temps d'élevage en pépinière

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Viard-Crétat, Aurore. "La déforestation évitée : socio-anthropologie d'un nouvel « or vert » : entre lutte contre le changement climatique et aide au développement, du laboratoire guyanais à l'expertise forestière au Cameroun." Paris, EHESS, 2015. http://www.theses.fr/2015EHES0148.

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Abstract:

Fondé sur l'idée de lutter contre la déforestation par des compensations financières via les marchés carbone, le dispositif Redd+ a généré une nébuleuse d'initiatives de préparation. Ma thèse croise une approche d'études sociales des sciences et l'anthropologie du développement pour interroger les dynamiques qui sous-tendent ce succès diplomatique. Premièrement, une généalogie de la question forestière comme problème global décrit les racines politiques et techniques du paysage institutionnel actuel et du cadrage opéré par le Redd +. Puis une étude multi-sites analyse les enjeux récents du Redd+ à la lumière des réseaux transnationaux d'expertise et des métrologies, dispositifs matériels, standards administratifs, technologies sociales et registres discursifs qui les accompagnent. Les pratiques de quantification du carbone forestier en Guyane sont examinées pour mettre à jour les enchevêtrements matériels, sociaux et politiques entre recherche scientifique et coopération internationale. Le processus complexe de préparation du Cameroun en vue d'un programme de la Banque mondiale montre ensuite le décalage entre la rhétorique d'innovation et les facteurs d'enrôlement d'acteurs et d'institutions aux priorités divergentes. Finalement, on analyse l'articulation entre d'une part, l'imbrication des pratiques de savoirs dans les enjeux politiques du développement, et d'autre part, leur rôle paradoxal de dépolitisation de ces enjeux. Plus qu'un outil innovant, le Redd+ apparaît comme une promesse dont le succès repose sur sa capacité à renouveler le système d'aide, tout en ancrant l'économie verte comme principal projet de réconciliation entre environnement et développement
Redd+ scheme is based on the idea to reduce deforestation through financial compensation originating from the carbon markets. It has entailed numerous readiness initiatives, renewing the international forest agenda. This thesis combines social studies of sciences and anthropology of development to address the dynamics that underpin this diplomatic success. A genealogical approach to the structuration of forest as a global problem describes the political and technical roots of the current institutional landscape and of the framing that the Redd+ scheme promotes. A multisite study then analyses present-day stakes in relation with transnational networks of expertise and metrologies, material devices, administrative standards, social technologies and discursive registers they rely on. Forest carbon quantifying practices in French Guiana are investigated to highlight the complex material, social and political links existing between the scientific research and international cooperation issues. Cameroon's intricate process to access World Bank funding emphasizes the discrepancy between the rhetoric of innovation promoting Redd+ and the constraints and incentives that make diverse actors engage with this scheme. Eventually, we show how knowledge practices are embedded in political issues pertaining to development, while also depoliticising those issues. More than an innovative tool to fight deforestation and climate change, Redd+ can be seen as a promise, the success of which relies on its capacity to renew the global development apparatus, while entrenching the green economy as the main political project to reconcile development and environment

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LE, DANTEC VALERIE. "Modelisation des echanges carbones et hydriques dans un ecosysteme forestier : un modele couple sol-plante." Paris 11, 2000. http://www.theses.fr/2000PA112313.

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Abstract:

L'objectif de ce travail est dans un premier temps, de concevoir et de valider un modele generique simulant les echanges carbones et hydriques d'un ecosysteme forestier (echelle de la station). La strategie retenue a ete d'utiliser et d'ameliorer les modeles existants : castanea concu par dufrene (lev-orsay) a ete couple avec le module de bilan de c du sol de century (parton et al, 1987). Grace aux mesures de flux realisees sur une jeune hetraie (30 ans) en 1997 dans le cadre du programme euroflux (granier et al, sous presse), les predictions du modele couple ont pu etre testees et discutees. La comparaison des mesures et des predictions montre une bonne concordance pour la respiration du sol et les flux hydriques mais revele une divergence, en particulier pour l'assimilation brute a l'echelle du couvert. Dans une seconde partie, grace au modele teste et aux cartes thematiques etablies au moyen de donnees acquises par teledetection et de relations derivees des mesures de terrain (en collaboration avec le cesbio, toulouse), les flux (h 2o et co 2) ont ete simules sur une surface de 900 ha pour une seule annee, 1994. Il est ressorti clairement que la composition specifique et l'age des peuplements forestiers sont les deux principaux facteurs affectant la production primaire nette (ppn) et la transpiration a l'echelle du paysage. Enfin, dans le cadre d'une etude de scenarios de changements climatiques (augmentation de la teneur en co 2 atmospherique et/ou de la temperature), il apparait que le bilan carbone annuel est fortement affecte par la grande sensibilite de la phenologie foliaire, a la temperature. De plus, bien que la ppn augmente, la production nette de l'ecosysteme, est peu affectee par les changements climatiques combines (effets antagonistes de l'enrichissement en co 2 et de l'augmentation de temperature) du fait de la stimulation de la respiration heterotrophe par la temperature.

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Smith, Joanne Caroline. "Particulate organic carbon mobilisation and export from temperate forested uplands." Thesis, University of Cambridge, 2013. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.648250.

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Dalva, Moshe. "Pathways, patterns and dynamics of dissolved organic carbon in a temperate forested swamp catchment." Thesis, McGill University, 1990. http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=59625.

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Abstract:

Inputs of DOC in precipitation were low and increased with the passage of rainfall through different canopies. Throughfall, stemflow, leachates from A horizons and litterfall were identified as sources of DOC, while B and C horizons in upland areas provide a sink. Throughfall and stemflow displayed high temporal variability in DOC concentrations, while soil leachates and peat waters exhibited strong seasonal patterns. DOC concentrations in throughfall, stemflow and A horizons were highest in the predominantly coniferous site. In the fall, DOC concentrations from A horizons in the deciduous site were significantly higher than those from the coniferous site.
Factors influencing DOC in peat waters are: (1) peat thermal regime, (2) water chemistry, and (3) water table position. Large storms ($>$30 mm precipitation) appear to be the primary factor influencing exports of DOC in streamflow, particularly following dry antecedant soil moisture conditions. Slow rates of water movement through compact deep peats ($>$60 cm depth) and adsorption of DOC in B and C horizons of this catchment obstruct exports of DOC, which over the 5.5 month study period, were minimal in comparison to inputs.

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Moreaux, Virginie. "Observation et modélisation des échanges d’énergie et de masse de jeunes peuplements forestiers du Sud-Ouest de la France." Thesis, Bordeaux 1, 2012. http://www.theses.fr/2012BOR14506/document.

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Abstract:

Ce travail de thèse a porté sur la prise en compte de la phase juvénile des peuplements forestiers du Sud-Ouest de la France dans la caractérisation des échanges sol-végétation-atmosphère. L’étude s’est focalisée sur des structures de peuplements contrastées de jeunes peuplements de Pins maritimes et d’Eucalyptus. La première partie de ces recherches a consisté à étudier de façon expérimentale les échanges de masse et d’énergie de jeunes plantations d’Eucalyptus et de Pins maritimes du Sud-Ouest. Trois sites instrumentés pour la détermination en continu des échanges de CO2 et H2O, bilan d’énergie, flux de sève et de croissance et production des arbres ont été suivis durant deux années marquées par des épisodes répétés de sécheresse. Le comportement des essences présentes a été comparé ainsi que les effets de l’environnement et des pratiques culturales sur le fonctionnement de ces écosystèmes. Les bilans annuels d’eau, de carbone et la croissance et la production des trois peuplements ont été établis et comparés. A partir de ces mesures enrichies par des données déjà disponibles et en se basant sur le modèle de production forestière et de transfert sol-végétation-atmosphère GRAECO (INRA-EPHYSE), modèle mécaniste biophysique monodimensionnel, la deuxième partie a consisté à développer une nouvelle évolution de ce modèle pour l’adapter au cas des systèmes de culture de biomasse forestière à croissance rapide. L’approche proposée en couplant ce modèle avec le modèle MAESTRA (Medlyn 2004) a permis de dépasser les hypothèses d’homogénéités verticale et horizontale du couvert pour rendre compte de l’effet de la structure en trois dimensions de peuplements jeunes à couronnes disjointes et sous-étage développé sur les transferts radiatifs, de CO2 et vapeur d’eau. De plus, le modèle a été complété par trois nouveaux modules décrivant respectivement la dynamique du carbone du sol (Roth-C) et la croissance et fonctionnement du sous-étage et du taillis. Il a été évalué sur les données existantes couvrant différents sites et séries temporelles et incluant une série d’interventions de type labour, désouchage, disquage superficiel, semis, dépressages, éclaircies et recépées. Enfin, ce modèle a été implémenté sur un jeu de données décrivant le climat local sous le forçage du scénario climatique A2 régionalisé sur un point de la grille SAFRAN de Météo-France pour trois itinéraires sylvicoles de Pin maritime et Eucalyptus, afin d’évaluer, à titre exploratoire, les potentialités de productivité de ces itinéraires
In this thesis, the juvenile phase of forest stands of southwestern France was studied in order to characterise soil-vegetation-atmosphere exchanges. The study focused on contrasted structures of young pines and Eucalyptus stands. The first part of this research was to study experimentally the mass and energy exchanges of young plantations of pines and Eucalyptus growing in southwestern France. Continuous measurements of CO2 and H2O fluxes, energy balance, sapflow and tree growth and production were carried out for two years, a period marked by repeated episodes of drought. The behavior of these species was compared, as well as the effects of the environment and cultural practices on these ecosystems. The annual water and carbon balances, growth and production of the three stands were established and compared. These measurements were enriched by data already available and were based on the 1D-mechanistic model of forest production and soil-vegetation-atmosphere transfer GRAECO (INRA-EPHYSE). The second part of the thesis focused on developing a new version of the model to be applied to crop systems for fast-growing forest biomass. By coupling this evolution of the model with the 3D-model MAESTRA (Medlyn 2004), the assumptions of vertical and horizontal homogeneities in the canopy can be exceeded thus accounting for the effect of the three-dimensional structure on the radiative, CO2 and water vapor transfers in young stands, where crowns are separate and the understorey is well-developed. In addition, the model was supplemented by three new modules describing the dynamics of soil carbon (Roth-C) and the growth and functioning of the understory and coppice. It was evaluated on existing data covering different sites and time series and including a series of forest practices, such as plowing, stump removal, superficial disking, seeding, early thinning, thinnings and cutting down close to the ground. Finally, as an exploratory work, this model has been implemented on a data set describing the local climate forced by the A2 climate scenario which was regionalized on a SAFRAN grid point (‘Météo-France’) for three forest itineraries of maritime pine and Eucalyptus, in order to assess the potential productivity of these systems

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Journé, Valentin. "Influence du climat lors de l'investissement des ressources dans la reproduction chez les arbres forestiers : une approche par modélisation mécaniste." Thesis, Aix-Marseille, 2020. http://theses.univ-amu.fr.lama.univ-amu.fr/200217_JOURNE_229kn950dq423kitgvy940umn_TH.pdf.

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Abstract:

Les changements globaux affectent la répartition des espèces et le fonctionnement des écosystèmes et sont soumises à des dépérissements massifs. Un des autres processus majeurs de la dynamique forestière est la reproduction sexuée, qui permet aux espèces de persister au fil des générations, notamment grâce à l’adaptation et la migration. Mais il reste de nombreuses incertitudes sur l’effet du climat sur la reproduction des arbres, notamment sur quand et comment sont allouées les ressources au pollen et aux graines. L’objectif principal de cette thèse est d’utiliser une approche basée sur la modélisation des ressources et de la phénologie pour comprendre et prédire l’effet du climat sur la reproduction des arbres forestiers. J’ai d’abord étudié les déterminants impliqués dans les variations spatiales et temporelles de fructification. Puis j’ai quantifié l’allocation des ressources entre les fonctions de croissance et de reproduction à l’aide d’un modèle bayésien hiérarchique. Ce modèle, basé sur des mesures de croissances et de reproduction mâle et femelle sur plusieurs années m’a permis d’identifier des compromis lors de l’initiation florale, et l’importance de la quantité de ressources pour assurer la reproduction. Enfin j’ai développé un modèle mécaniste de reproduction, au sein d’un modèle déjà existant de fonctionnement des forêts (CASTANEA). Le modèle de reproduction, fonctionnant de l’initiation florale jusqu’à la maturation des graines, simule les variations spatiales et temporelles de production de graines. Le modèle a été calibré et validé sur le sapin pectiné au Mont-Ventoux et utilisé pour étudier les effets du changement climatique sur la reproduction
Global changes affect species distribution and ecosystems functioning due to long term climatic trends and extreme climatic events. Forests are notably subject to massive growth decline and even mortality. One of the major processes of forest dynamics is sexual reproduction, but there are still many uncertainties about the effect of climate on trees reproduction, especially on when and how resources are allocated to pollen and seeds. Reproduction also allows species to persist over generations, through adaptation and migration. The main objective of this thesis is to develop an approach based on resource and phenology modelling, in order to understand and predict climate effects on forest trees reproduction. First, I used statistical model to investigate temporal and spatial variation of fruit production. Second, I quantified the allocation of resources between vegetative versus reproductive functions, with a hierarchical Bayesian model and observation of growth, male and female reproduction over several years. Results allowed us to identify trade-off during floral initiation, and highlighted the importance of resources levels to ensure reproduction. Lastly, I developped a process-based model of reproduction and included it in an existing model of forest functioning (CASTANEA). The reproduction model, which runs from flower initiation to seed maturation, simulates spatial and temporal patterns of seed production. The model was calibrated and validated on silver fir on Mont-Ventoux and used to investigate how climate change will impact fruit production

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Delaporte, Alice. "Vers une compréhension fonctionnelle des dépérissements forestiers : étude du cas du hêtre (Fagus sylvatica L.) en forêt de Fontainebleau." Thesis, Paris 11, 2015. http://www.theses.fr/2015PA112179/document.

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Abstract:

Les dépérissements forestiers rapportés dans la littérature ont fortement augmenté durant la dernière décennie. Si cette augmentation semble attribuable au moins en partie aux changements globaux, les mécanismes écophysiologiques sous jacents restent encore mal connus. La littérature sur ce sujet a initialement permis de dégager deux principales hypothèses sur les mécanismes fonctionnels à l’œuvre lors d’un dépérissement : un manque de réserves carbonées et un dysfonctionnement du système hydraulique. Ces deux hypothèses ne sont pas mutuellement exclusives, ni exhaustives : les fonctionnements carboné et hydraulique interagissent à de multiples niveaux, et une implication du cycle interne de l’azote n’est pas à exclure. L’objectif principal de cette thèse est de documenter les mécanismes écophysiologiques à l’œuvre dans un dépérissement de hêtres (Fagus sylvatica L.) matures en forêt de Fontainebleau, lié principalement à des sécheresses répétées. Le dépérissement a ici été étudié en dehors de fortes contraintes climatiques. Ce sont donc majoritairement des arrières-effets de stress passés qui ont été renseignés. Au cours de ce travail, une approche intégrant des aspects hydraulique, carboné et azoté du fonctionnement du système arbre-sol a été adoptée afin de développer une vision intégrée de l’impact du dépérissement sur les grandes fonctions de l’arbre. Le transfert de composés de l’arbre vers le sol via la rhizodéposition a également été pris en compte. En dehors de périodes de stress, le fonctionnement des arbres sains et dépérissants à l’échelle de l’organe est similaire, à l’exception d’une diminution de la croissance radiale du tronc chez les arbres dépérissants. Au niveau du tronc, la croissance radiale apparait donc comme la variable d’ajustement des arbres dépérissants à une assimilation de carbone diminuée du fait de la détérioration de l’état de santé du houppier. Suite à une contrainte hydrique modérée, les arbres dépérissants présentent un déficit en réserves carbonées par rapport aux arbres sains dans certains organes. Ce déficit se trouve compensé après une année favorable. Une forte résilience des concentrations en réserves carbonées pourrait expliquer la capacité des arbres dépérissants à survivre de nombreuses années avec un houppier très endommagé. Des différences de proportion et de structure des rayons ligneux détectées entre les arbres sains et dépérissants laissent entrevoir l’intérêt qu’aurait dans le futur l’étude de caractéristiques anatomiques fonctionnelles dans le xylème. De plus, une approche rétrospective grâce aux cernes permettrait d’affiner notre compréhension de la mise en place du dépérissement à long terme. Par ailleurs, une étude actuellement en cours sur la structure des communautés microbiennes de la rhizosphère devrait permettre de compléter notre connaissance de l’impact du dépérissement sur les relations arbre-sol
The cases of forest decline reported in the literature have strongly increased during the last decade. This increase seems at least in part attributable to global change. However, the ecophysiological mechanisms underlying tree declines remain poorly understood. Two main hypotheses initially emerged from the recent literature: a deficit of carbon reserve compounds, or a failure of the hydraulic system of the tree. These hypotheses are not mutually exclusive, nor exhaustive: multiple couplings exist between the carbon and hydraulic functionings, and the internal nitrogen cycle of the trees could also be involved in tree decline. The main objective of this work was to document the ecophysiological mechanisms underlying a case of mature beech (Fagus sylvatica L.) drought-related decline in the Fontainebleau state forest. The decline was studied under non extreme climatic conditions. Therefore, we documented maily after-effects of past stresses. In this thesis, we developed an approach integrating the hydraulic, carbon and nitrogen aspects of functioning of the tree-soil system. The transfer of carbon compounds from tree roots to soil via the rhizodeposition process was also taken into account. Under non-stressful conditions, the functioning of healthy and declining trees is similar at the organ level, apart from a decreased stem radial growth in declining trees. In the trunk, radial growth thus appears to be the “adjustment variable” of declining trees in response to a lower whole-tree carbon assimilation due to their severely thinned crowns. Our results show that after a moderate hydric constraint, declining trees show a carbon reserve deficit in some organs compared to healthy trees. This deficit is compensated after a favourable year. A high resilience of carbon reserve concentrations could explain the ability of declining trees to survive for several years with a strongly reduced whole-tree leaf area. Healthy and declining trees presented different parenchyma ray proportions and structures in the stem xylem. Therefore, it could be interesting to study functional anatomical features in the future. Besides, tree rings characteristics could offer an insightful retrospective view of the history of this decline. Furthermore, an ongoing study on the structure of the microbial communities in the rhizosphere of healthy and declining trees will improve our knowledge about the impact of tree decline on the tree-soil interactions

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Ploton, Pierre. "Amélioration des estimations de biomasse en forêt tropicale : apport de la structure et de l’organisation spatiale des arbres de canopée." Thesis, Paris, AgroParisTech, 2017. http://www.theses.fr/2017AGPT0005.

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Abstract:

Les forêts tropicales séquestrent plus de la moitié du carbone forestier mondial et sont particulièrement menacées par les processus de déforestation et de dégradation, qui représentent la deuxième source d’émissions anthropogéniques de CO2. De fait, les forêts tropicales sont au centre de politiques climatiques internationales (i.e. Reducing emissions from deforestation and forest degradation, REDD) visant à réduire ces émissions. L’initiative REDD repose sur notre capacité à cartographier les stocks de carbone forestier (dynamique spatiale) et à détecter la déforestation et la dégradation (dynamique temporelle) à large échelle spatiale (e.g. nationale, bassin forestier), avec exactitude et précision. Dans ce cadre, la télédétection apparait comme un outil crucial, mais les nombreuses sources d’erreur dans la chaîne de cartographie du carbone font des objectifs du REDD un challenge ambitieux. Dans cette thèse, nous avons évalué les erreurs associées aux estimations de carbone forestier (quantifié au travers de la biomasse épigée, AGB) (1) aux échelles de l’arbre et du peuplement en utilisant un modèle pantropical largement employé et (2) à l’échelle du paysage en utilisant une méthode de télédétection basée sur les caractéristiques texturales d’images optiques à très haute résolution spatiale. Notre objectif général était de mieux comprendre et de réduire l’erreur d’estimation de l’AGB à chaque échelle par une meilleure prise en compte de la structure, de la distribution et de l’organisation spatiale des arbres de canopée.Malgré l’importance des grands arbres dans la dynamique du carbone forestier, ils sont sous-représentés dans les jeux de données destructifs et soumis à un biais de sous-estimation dans le modèle d’AGB pantropical. Nous avons assemblé une base de données pantropicale et étudié l’influence de la forme de l’arbre sur le patron d’erreur du modèle. Nos résultats montrent que la source de biais du modèle est une augmentation de la masse de l’arbre dans la couronne chez les arbres de canopée. Un modèle d’AGB prenant ce phénomène en compte a été proposé. Nous avons aussi propagé le biais du modèle à l’échelle du peuplement et montré que l’interaction entre la structure du peuplement et l’erreur du modèle, qui est souvent négligée, peut en fait être substantielle. Une analyse des propriétés structurelles des couronnes a également été menée au regard des hypothèses de la Théorie Métabolique de l’Ecologie Des déviations ont été observées, notamment à la loi de Léonardo (i.e. principe de conservation des aires), qui, toutes choses égales par ailleurs, pourraient justifier la grande proportion de masse trouvée dans les couronnes des arbres de canopée.Une seconde partie de la thèse porte sur l’extrapolation des estimations d’AGB des parcelles de terrain via les caractéristiques de texture des canopées extraites par transformée de Fourier (i.e. méthode FOTO). Un obstacle majeur au développement d’une méthode d’estimation de l’AGB à large échelle basée sur la texture tient au fait que la relation texture – paramètres de structure du peuplement varie entre types de forêt et régions du monde. Nous avons investigué cette question en simulant des scènes de canopées virtuelles pour 279 parcelles de 1 ha établies dans des types de forêts tropicales contrastés. Nous montrons qu’en complémentant les indices de texture FOTO avec d’autres descripteurs structuraux, notamment sur l’ouverture de la canopée (via une analyse de lacunarité) et l’élancement des arbres (via un proxy bioclimatique), il devrait être possible de développer un cadre d’inversion stable de l’AGB à large échelle. Un premier cas d’étude empirique dans une mosaïque forestière du bassin du Congo a donné des résultats prometteurs.Globalement, ce travail met en évidence le besoin de mieux prendre en compte les patrons de variation de structure de l’arbre (e.g. ontogénétique) et de la forêt afin d’améliorer les modèles génériques d’AGB
Tropical forests store more than half of the world’s forest carbon and are particularly threatened by deforestation and degradation processes, which together represent the second largest source of anthropogenic CO2 emissions. Consequently, tropical forests are the focus of international climate policies (i.e. Reducing emissions from deforestation and forest degradation, REDD) aiming at reducing forestrelated CO2 emissions. The REDD initiative lies on our ability to map forest carbon stocks (i.e. spatial dynamics) and to detect deforestation and degradations (i.e. temporal dynamics) at large spatial scales (e.g. national, forested basin), with accuracy and precision. Remote-sensing is as a key tool for this purpose, but numerous sources of error along the carbon mapping chain makes meeting REDD criteria an outstanding challenge. In the present thesis, we assessed carbon (quantified through aboveground biomass, AGB) estimation error at the tree- and plot-level using a widely used pantropical AGB model, and at the landscape-level using a remote sensing method based on canopy texture features from very high resolution (VHR) optical data. Our objective was to better understand and reduce AGB estimation error at each level using information on large canopy tree structure, distribution and spatial organization.Although large trees disproportionally contributed to forest carbon stock, they are under-represented in destructive datasets and subject to an under-estimation bias with the pantropical AGB model. We destructively sampled 77 very large tropical trees and assembled a large (pantropical) dataset to study how variation in tree form (through crown sizes and crown mass ratio) contributed to this error pattern. We showed that the source of bias in the pantropical model was a systematic increase in the proportion of tree mass allocated to the crown in canopy trees. An alternative AGB model accounting for this phenomenon was proposed. We also propagated the AGB model bias at the plot-level and showed that the interaction between forest structure and model bias, although often overlooked, might in fact be substantial. We further analyzed the structural properties of crown branching networks in light of the assumptions and predictions of the Metabolic Theory of Ecology, which supports the power-form of the pantropical AGB model. Important deviations were observed, notably from Leonardo’s rule (i.e. the principle of area conservation), which, all else being equal, could support the higher proportion of mass in large tree crowns.A second part of the thesis dealt with the extrapolation of field-plot AGB via canopy texture features of VHR optical data. A major barrier for the development of a broad-scale forest carbon monitoring method based on canopy texture is that relationships between canopy texture and stand structure parameters (including AGB) vary among forest types and regions of the world. We investigated this discrepancy using a simulation approach: virtual canopy scenes were generated for 279 1-ha plots distributed on contrasted forest types across the tropics. We showed that complementing FOTO texture with additional descriptors of forest structure, notably on canopy openness (from a lacunarity analysis) and tree slenderness (from a bioclimatic proxy) allows developing a stable inversion frame for forest AGB at large scale. Although the approach we proposed requires further empirical validation, a first case study on a forests mosaic in the Congo basin gave promising results.Overall, this work increased our understanding of mechanisms behind AGB estimation errors at the tree-, plot- and landscape-level. It stresses the need to better account for variation patterns in tree structure (e.g. ontogenetic pattern of carbon allocation) and forest structural organization (across forest types, under different environmental conditions) to improve general AGB models, and in fine our ability to accurately map forest AGB at large scale

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Guillot, Marie. "Analyse rétrospective des relations nappe-végétation de sous-bassins versants forestiers de la rivière Leyre." Thesis, Bordeaux 1, 2011. http://www.theses.fr/2011BOR14427/document.

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Abstract:

Dans les Landes de Gascogne, le fonctionnement de la nappe phréatique superficielle plio-quaternaire est très liée au fonctionnement de la végétation subjacente. Pour comprendre la variabilité à l'échelle du paysage de la productivité de ces forêts, il est important de passer de l'échelle de la parcelle à celle du bassin versant. La mise en place d'un dispositif de suivi de type bassins versants jumelés à l'échelle de petits bassins versants forestiers situés dans le Massif Landais : les bassins versants du Tagon (Biganos) et du Bouron (Belin-Beliet) a permis le suivi hydrologique et piézométrique de la nappe plio-quaternaire. Le dispositif inclut une modification du couvert végétal par l'occurrence de deux tempêtes successives à 10 ans d'intervalle. La collecte de données cartographiques, numériques et statistiques a permis une reconstitution de l'usage des terres et des classes d’âges des peuplements forestiers, pour la période 1984- 2010 sur les deux bassins versants. Cette reconstitution a ainsi permis de retrouver l'évolution des stocks de carbone et de biomasse des peuplements pour les deux sites expérimentaux et de quantifier l'impact d'une tempête sur l'organisation paysagère des peuplements (âge et variabilité). Le lien entre les forêts de Pin maritime et la nappe phréatique plio-quaternaire a été mis en évidence par : (1) l'étude de la croissance des arbres pour des sites où la profondeur de la nappe était contrastée, au travers d'une étude dendrologique et (2) l'analyse d'oscillations journalières sur les séries chronologiques des fluctuations demi-horaires du niveau phréatique, qui peuvent être attribuées à l’évapotranspiration journalière. La compréhension des liens entre variables hydroclimatiques et quantité de bois produite, i.e. largeur de cerne, de manière rétrospective, a permis d'identifier les facteurs de variabilité et les facteurs limitants pour chaque type de site, en lien avec la profondeur de la nappe superficielle. L’analyse des chroniques piézométriques a mis en lumière l'importance des prélèvements journaliers dans la vidange de l'aquifère. La dernière partie de ce travail pose les bases d'une future modélisation couplée végétation-nappe pour le bassin versant du Bouron. La reconstitution spatiale du fonctionnement de la nappe phréatique a été entreprise en régime stationnaire puis en régime dynamique avec le modèle NEWSAM de l'Ecole des Mines de Paris. Les facteurs expliquant le fonctionnement de l'aquifère et les flux d'eau à l'échelle de la petite région sont identifiés. L'effet de la recharge, issue du modèle de végétation pour le Pin maritime GRAECO, est en particulier testé, via une étude de sensibilité, en relation avec les différences de recharge induites par les différents types de couverts, et en particulier, l'âge des peuplements. Les points clefs à améliorer sont identifiés afin de perfectionner les modèles utilisés, et de reproduire de façon réaliste le fonctionnement de petits bassins versants dans la région
In the Landes de Gascogne area, the functioning of the shallow plio-quaternary water-table is tightly linked with the functioning of the top vegetation. In order to understand the variability of forest productivity at the landscape scale, there is a need to move forward the stand scale to the watershed scale. Part of this study was to setup hydrological equipment of paired-watershed, representative of the forested plain in the Leyre watershed, considering water-table level and hydrologic measurement. The selected sites were the Bouron watershed (Belin-Beliet) and the Tagon watershed (Biganos), which were contrastingly impacted by two storms within the last 10 years. The land-cover cartography was obtained with satellite, in-situ and statistical data, on a retrospective basis, accross the 1984-2010 period. Those maps give the evolution of the land use and the Pinus pinaster stand age. The reconstitution of the age structure thought time, converted to carbon and biomass stock, are showing the impact of a storm, comparing the control watershed to the damaged one. The link between forests and water-table was explored on : (1) the growth of trees developing in sites with contrasted water-table levels, by way of dendrological measurement and (2) the analysis of diurnal oscillation on the water-table level signal, attributed to vegetation removal. The understanding of the link between hydroclimatic data and wood production, i.e., ring width, shows that limitating factors should not be the same across different sites. In particular, water-table deeper than 3 meter is not a determinant resource for growth, but nutriment may be more limitating at those sites. On the other side, discharge of the water-table cannot be dissociated to evapotranspiration reprise. Oscillations in the diurnal signal of water-table level shows that this removal can be determinant, and deeper than expected according to the vegetation cover. The last part of this work build the basis of a future model, representing the coupling between vegetation and water-table at the watershed scale. The dynamic of the aquifer was simulated in permanent and transient state with the NEWSAM hydrogeological model (Ecole des Mines, Paris). Different processes were identified as key factor to explain water-table functioning, such as recharge effect, zone vadose impact and surface drainage. The recharge effect, coming from GRAECO, was particularly tested, thought a sensitivity analysis, in relation with growing proportion of young forest stand (less than 5 years old). Points to improve and refine are identified in order to perfect the two models used here

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Vallet, Patrick. "Impact de différentes stratégies sylvicoles sur la fonction « puits de carbone » des peuplements forestiers. Modélisation et simulation à l’échelle de la parcelle." Paris, ENGR, 2005. http://www.theses.fr/2005ENGR0012.

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Abstract:

La capitalisation sur pied et la substitution d’essences sont deux stratégies sylvicoles analysées dans cette thèse, chacune pressentie pour être favorable au stockage du carbone, enjeu majeur de ce XXIème siècle pour la lutte contre le réchauffement climatique. La première correspond à un ralentissement des récoltes, qui devrait générer un puits de carbone additionnel par l’augmentation des stocks moyens de biomasse sur pied. La substitution d’essences à croissance lente comme le Chêne sessile ou le Hêtre par des essences résineuses à croissance rapide comme le Pin laricio ou le Douglas pourrait entraîner une absorption plus rapide du CO2. L’impact sur le carbone de ces deux stratégies est d’autant plus intéressant à étudier que les gestionnaires forestiers les pratiquent déjà. La construction d’une chaîne de modèles prenant en compte l’ensemble des compartiments dans lesquels le carbone est impliqué, à savoir la biomasse forestière, le sol, mais aussi les produits forestiers issus de l’exploitation, permet d’effectuer des simulations donnant des résultats quantitatifs sur ces pratiques. Nous montrons qu’une capitalisation sur pied engendrerait un puits de carbone additionnel dépendant de l’état initial des peuplements, de la fertilité et de la nouvelle sylviculture pratiquée. Il pourrait s’élever jusqu’à 142 tC/ha après obtention du régime permanent dans le cas le plus favorable. La substitution de feuillus à croissance lente par des résineux à croissance rapide serait également un puits de carbone important (jusqu’à 2 tC/ha/an) pendant plusieurs décennies, mais s’avérerait d’un stock de carbone moyen inférieur sur le long terme
Standing biomass capitalization and species substitution are two silvicultural strategies analyzed in this study. Both should lead to an additional increase of carbon stocks, a main issue of the XXIst century for mitigating the climate change. The first one corresponds to a slowing down of harvests that should generate an additional carbon sink by increasing the mean growing stocks. The second, substitution of slow-growing broadleaved high forests of sessile oak or beech by fast-growing coniferous plantations like Corsican Pine or Douglas Fir, should also lead to a faster absorption of CO2. The impact of both strategies on carbon is even worthier to study considering that foresters already use this way of managing their forests. The building up of a model chain taking into account all parts where carbon is implied (standing biomass, carbon soil, but also wood products generated by harvests) allowed us to simulate quantitative results following these practices. We point out that the standing biomass capitalization would lead to an increase of carbon stock depending on the initial state of the stands, the site index and the new forest management practiced. It could rise up to 142 tC/ha in the most favourable case. The substitution of slow-growing broadleaved species by coniferous plantations would also be an important carbon sink (up to 2 tC/ha/year) for several decades, but would have a smaller mean carbon stock at steady state

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Mazzei, de Freitas Lucas. "Durabilité écologique et économique de l'exploitation forestière pour la production de bois d'œuvre et pour le stockage du carbone en Amazonie." AgroParisTech, 2010. http://pastel.archives-ouvertes.fr/docs/00/61/11/75/PDF/Memoire_Lucas_MAZZEI_LAST.pdf.

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Abstract:

L'évaluation de la durabilité écologique et économique d'une exploitation forestière dans le contexte amazonien est l'objectif de ce travail. Deux sites ont été utilisés : 1)le site de Paracou en Guyane française sur lequel la dynamique forestière est suivie depuis 1984; 2) une forêt privée située au Pará, Brésil, offrant des données sur l'impact de l'exploitation et ses coûts et recettes. Premièrement, ce travail a consisté à améliorer le simulateur de la dynamique forestière Selva. 11 modèles spécifiques aux processus de mortalité et de recrutement ont été élaborés. Les processus de mortalité sur pied et par chablis utilisent respectivement des variables biologiques de l'arbre et des variables descriptives du peuplement. Des variables décrivant la structure et la composition floristique du peuplement ont permis de modéliser le recrutement de 30 espèces, surtout des pionnières/héliophiles. L'incorporation de ces modèles a permis d'intégrer 92 stratégies de vie dans le simulateur. La forêt virtuelle générée montre une structure et une diversité spécifique proches d'une forêt primaire. Dans le cadre de la législation brésilienne préconisant des cycles de 25-35ans, la simulation montre qu'il est possible d'exploiter 4 tiges/ha/cycle en maintenant une surface terrière 20% inférieure à l'originale. Si l'exploitation forestière engendre des bénéfices variant entre 147 et 239 US$$/ha/an, la déforestation produit des bénéfices légèrement supérieurs (295 US$$/ha/an). Un schéma de compensation financière de changement d'un système émetteur de carbone (déforestation) pour un autre (exploitation forestière) représenterait un coût d'abattement de la tonne du carbone supérieur à US$$ 10
The main objective of this study was to assess the ecological and economical sustainability of selective logging in the Amazonian context. Two sites were selected: 1) the site of Paracou in French Guiana where forest dynamics has been monitored since 1984; 2) a forest managed in the state of Pará, offering data on the impact of logging, its costs and revenues. At first, this work consisted of improving the Selva model elaborating 11 specific models to mortality and recruitment. The processes of standing dead trees and falling trees were identified by the models. The former mainly used biological variables characteristic of the tree whereas the latter preferentially included descriptive variables of the surrounding stand. Specific variables of stand structure and stand floristic composition allowed to model the recruitment of 30 species which were mainly pioneer/light demanding species. The inclusion of these models allowed to integrate 92 life strategies in the Selva model. The virtual forest so created shows a stand structure and specific diversity close to a primary forest. In the framework of the Brazilian forest legislation advocating 25-35 year - rotation cycles, logging simulation by Selva showed that it would be possible to harvest 4 trees/ha/cycle while maintaining the basal area 20% lower than the original one before logging. Selective logging generated benefits varying between 147 and 239 US$$/ha/year whereas deforestation ones were slightly higher (295 US$$/ha/year). A framework of financial compensation to change from a production system with a negative carbon balance (deforestation) to a selective logging would represent a Carbon Ton cost higher than US$$ 10

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Matte, Olivier. "Cartographie des forêts à haute valeur de stockage de carbone par apprentissage profond sur l’île de Bornéo." Master's thesis, Université Laval, 2020. http://hdl.handle.net/20.500.11794/66791.

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Abstract:

Les forêts d'Asie du Sud-Est subissent de fortes pressions en raison de vastes activités d'utilisation des terres, notamment des plantations de palmiers à huile. Le désir de protéger et de gérer les habitats à fort potentiel de stockage de carbone a accru le besoin de préserver les écosystèmes uniques des forêts locales. Pour préserver les écosystèmes forestiers tropicaux de l'expansion agricole, une méthodologie de classification des forêts à fort potentiel de stockage de carbone, connue sous le nom d'Approche à Stock de Haut Carbone (HCSA) a été développée. Notre objectif de recherche est d'évaluer l'efficacité de l'utilisation combinée du LiDAR aéroporté et de l'apprentissage en profondeur pour la classification HCSA sur l'île de Bornéo. Pour ce faire, nous examinerons la biomasse aérienne à l'aide de l'équation développée par Asner (2018) et Jucker (2017), établie sur le territoire de Sabah, ainsi que des métriques LiDAR telles que la hauteur de la canopée, la couverture de la canopée et le la surface terrière forestière. Les métriques de la structure forestière dérivé du LiDAR seront également utilisées pour essayer de différencier les classes HCSA. La zone d'intérêt pour cette étude couvre une partie du territoire du Kalimantan (partie indonésienne de Bornéo).Puis, l’entrainement d'un algorithme d’apprentissage profond permettra, par l'utilisation d'images satellites (Landsat 7 et Landsat 8), de faire un saut spatial et temporel, afin d'établir une cartographie des forêts à surveiller en 2019 et sur l'ensemble de l'île de Bornéo.
Forests in Southeast Asia are under heavy pressure from extensive land-use activities, including oil palm plantations. The desire to protect and manage habitats with high carbon storage potential has increased the need for preserving the unique ecosystems of local forests. To preserve tropical forest ecosystems from agricultural expansion, a methodology for classifying forests with high carbon storage potential, known as the High Carbon Stock Approach (HCSA) was developed. Our research goal is to assess the effectiveness of the combined use of airborne LiDAR and deep learning for HCSA classification across the island of Borneo. To do this, we will examine the above-ground biomass using the equation developed by Asner (2018) and Jucker (2017), established in the Sabah territory, as well as LiDAR metrics such as canopy height, canopy cover, and the forest basal area. LiDAR metrics of forest structure will also be used to try to differentiate HCS classes. LiDAR data and field surveys were collected from the Jet Propulsion Laboratory (JPL -NASA). The area of interest for this study covers part of the Kalimantan territory (Indonesian part of Borneo). The data collected has been part of the ongoing Carbon Monitoring System (CMS) project. Then, the training of a deep learning algorithm will allow, by the use of satellite images (Landsat 7 and Landsat 8), to make a spatial and temporal jump, in order to establish a cartography of the forests to be monitored in 2019 and on the entirety of Borneo Island.

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Raymond, Jay Edwards. "Soil Drainage Class Influences on Soil Carbon in a New England Forested Watershed." Fogler Library, University of Maine, 2011. http://www.library.umaine.edu/theses/pdf/RaymondJ2011.pdf.

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Kawasaki, Masatoshi. "Hydrological and biogeochemical controls on dissolved organic carbon dynamics in forested headwater catchments." Kyoto University, 2005. http://hdl.handle.net/2433/145023.

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Abstract:

Kyoto University (京都大学)
0048
新制・課程博士
博士(農学)
甲第11622号
農博第1478号
新制||農||906(附属図書館)
学位論文||H17||N4015(農学部図書室)
23265
UT51-2005-D371
京都大学大学院農学研究科地域環境科学専攻
(主査)教授谷誠, 教授小﨑隆, 教授太田誠一
学位規則第4条第1項該当

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Delpierre, Nicolas. "Etude du déterminisme des variations interannuelles des échanges carbonés entre les écosystèmes forestiers européens et l’atmosphère : une approche basée sur la modélisation des processus." Paris 11, 2009. http://www.theses.fr/2009PA112167.

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Rutishauser, Ervan. "Changements à long terme de la structure des forêts tropicales : implications sur les bilans de biomasse." Thesis, Montpellier 2, 2010. http://www.theses.fr/2010MON20176.

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Abstract:

Le rôle joué par les forêts tropicales dans le cycle du carbone à l'échelle planétaire est majeur. Tant par les énormes quantités stockées sous forme de bois, que par les flux de CO2 séquestrées annuellement dans les troncs et le sol. Plusieurs études mettent en évidence des changements structuraux au sein des forêts pantropicales durant les 20 dernières années, notamment une augmentation de la dynamique (recrutement et mortalité) (Lewis et al. 2004b; Phillips et al. 2004b) et de la biomasse aérienne ligneuse en forêt Amazonienne (Baker et al. 2004a). Ces changements de dynamique ont été mis en relation avec une disponibilité accrue en ressources auparavant limitantes (azote et CO2) et donc liés aux changements climatiques globaux. Cependant, les processus de régénération après perturbation dans un peuplement forestier génèrent, eux aussi, une réelle accumulation de biomasse. Des perturbations endogènes (chablis, glissements de terrains) ou exogènes (sécheresses, tempêtes ou actions anthropiques) pourraient être à l'origine de ces fluctuations de dynamique forestière. Sans une connaissance approfondie de l'état initial des forêts étudiées, il semble difficile de distinguer, localement, une accumulation de biomasse liée à un effet de régénération de celle liée à un forge climatique. La présente thèse cherche à investiguer s'il existe des stades de régénération au sein d'un même massif forestier, qui illustreraient différentes perturbations asynchrones. Ces stades sont déterminés sur la base de la structure forestière (densité, diamètre quadratique moyen) et au travers de l'architecture des arbres. Après avoir estimé les flux, stocks et bilans de biomasse sur le site d'étude, ceux-ci sont mis en relation avec des stades de régénération, pour montrer que les parcelles sont formées d'une majorité de stades en croissance et que cela engendre une accumulation nette de carbone durant la période de suivi (1991-2009)
As living trees constitute one of the major stocks of carbon in tropical forests, assessing the role of these ecosystems in the carbon cycle received an increasing scientific and political interest. A better understanding of variations in the dynamics and structure of tropical forests is necessary to predict the potential of these ecosystems to lose or store carbon, and to understand how they recover from disturbances. Recent findings showed an increase of the turn-over in pantropical forests (Phillips et al. 2004a) and an increase of above-ground biomass in neotropical forests (Baker et al. 2004a). These results were attributed to an increasing availability of abiotic ressources (CO2, nitrogen) enhancing forest dynamics. Nevertheless, these findings were controversial and some scientists pointed out statistical and methodological errors (Lewis et al. 2006a; Wright 2006).The present project is based on a very different point-of-view and makes a nother interpretation of these results. The main hypothesis of this study is that the observed changes in forest dynamics around the Amazonian basin and in French Guyana are the consequence of natural endogenous processes. Tropical forests are facing recurring disturbances of various intensities and scales, ranging from tree fall (several square meters) to major drought linked to El Niño events (thousands of hectares). Thus forests would never reach equilibrium, but would rather fluctuate between short periods of disturbance and long periods of regeneration. The main findings of this study are that forests at our site can be seen as a mosaic of areas at different structural and dynamical stages, most of them increasing in mean stem diameter and accumulating biomass. The overall biomass balance is a net biomass increase that might mainly be related to endogenous forest dynamic

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Guillemot, Joannès. "Productivity and carbon allocation in European forests : a process-based modelling approach." Thesis, Paris 11, 2015. http://www.theses.fr/2015PA112091/document.

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Abstract:

Les processus physiologiques déterminant la productivité forestière and l’allocation du carbone (C) entre les différents organes de l’arbre restent mal connus. La croissance forestière a longtemps été considérée comme limitée par le C, à travers un lien causal entre photosynthèse et croissance (contrôle de la croissance par la source de C). Ce paradigme C-centré est à l’origine des règles gouvernant l’allocation du C dans la plupart des modèles à base de processus (MBP). Cependant, le contrôle de la croissance forestière par la source de C a été remis en cause par un certain nombre d’études mettant en lumière que l’activité des méristèmes est plus sensible aux stress environnementaux (stress hydrique, température basse) que ne l’est l’assimilation du C (contrôle de la croissance par l’activité du puits). De plus, l’effet de la gestion, qui influe fortement sur le fonctionnement de la forêt and sa croissance, n’est pas pris en compte dans la plupart des MBP utilisés pour projeter le futur puits de C terrestre. Notre objectif principal dans cette thèse est d’améliorer notre connaissance des contraintes qui affectent - ou affecteront- la productivité ligneuse des forêts européennes, depuis l’époque actuelle jusqu’à la fin du 21ème siècle. Nous avons abordé cet objectif à travers l’amélioration du modèle CASTANEA, sur la base d’une analyse détaillée des déterminants de la productivité ligneuse annuelle des forêts françaises sur les 30 dernières années. Les espèces étudiées sont Fagus sylvatica, Quercus ilex, Quercus petraea, Quercus robur et Picea abies. Nos résultats suggèrent que la croissance annuelle des espèces étudiées est soumise à un contrôle complexe, impliquant des limitations par la source de C et par l’activité du puits. La variabilité inter-site de la fraction de C allouée à la croissance est principalement expliquée par un déclin lié à l’âge. La croissance annuelle à l’échelle de l’arbre est bien prédite par la taille des individus. Nous avons montré que l’asymétrie de la croissance, i.e., l’avantage des gros arbres dans la compétition pour les ressources, augmente avec la productivité, aux échelles inter-site et inter-annuelle. Sur la base de ces résultats, nous avons développé un nouveau schéma d’allocation du C dans le modèle CASTANEA. Le nouveau modèle a été capable de reproduire de manière satisfaisante la variabilité inter-annuelle et inter-site dans la croissance ligneuse aérienne le long de gradients environnementaux à l’échelle nationale. Le modèle a également été validé en utilisant une méta-analyse de mesure de réserves carbonées et des estimations satellitaires d’indices foliaires. Nos résultats indiquent que la représentation du contrôle de la croissance par l’activité du puits n’affecte pas les prédictions qualitatives de l’évolution de la productivité forestière européenne précédemment obtenues par les MBP C-centrés. Cependant, les MBP C-centrés sous-estiment certainement l’hétérogénéité spatiale des effets du changement climatique.Nous avons enfin utilisé notre nouvelle connaissance des déterminants de la croissance ligneuse annuelle à l’échelle de l’arbre (i.e., les règles empiriques de la compétition) pour calibrer un module simulant la croissance individuelle dans CASTANEA. Le modèle couplé a été utilisé pour évaluer l’effet potentiel de la gestion sur le fonctionnement des forêts et la croissance ligneuse à l’échelle de la France. Nous avons identifié les zones où la gestion pourrait être intensifiée pour réduire l’impact du changement climatique sur la productivité forestière nationale. Environ un quart des forêts françaises en hêtre et chênes tempérés sont en zone de forte vulnérabilité, zone dans laquelle la gestion pourrait donc être utilisée à profit pour limiter l’impact du changement climatique sur la récolte de bois
The processes that underlie forest productivity and C allocation dynamics in trees are still poorly understood. Forest growth has for long been thought to be C limited, through a hypothesized causal link between C supply and growth (source control). This C-centric paradigm underlies most of the C allocation rules formalized in process-based models (PBMs). However, the source limitation of growth has been questioned by several authors, arguing that meristem activities are more sensitive than C assimilation to environmental stresses (e.g., water deficit and low temperatures). Moreover, the effect of management, which strongly affects forest functioning and wood growth, is not accounted for in most of the PBMs used to project the future terrestrial C sink. Our main objective in this thesis was to move forward into our understanding of the constraints that affect - or will affect - the wood productivity in European forests, from present to the end of the 21 st century. We addressed this objective through the improvement of the representation of the forest productivity and C allocation in the CASTANEA PBM, building on a detailed analysis of the key drivers of annual wood productivity in French forests over the last 30 years (the species studied are Fagus sylvatica, Quercus ilex, Quercus petraea, Quercus robur and Picea abies). Our results supported the premise that the annual wood growth of the studied species is under a complex control including both source and sink limitations. The inter-site variability in the fraction of C allocatedto stand wood growth was predominantly driven by an age-related decline. At the tree level, we showed that annual wood growth was well predicted by the individual size. The size-asymmetry of growth, i.e., the advantage of big trees in the competition for resources, increased consistently with the whole stand productivity at both inter-site and inter-annual scales. On the basis of our findings, we developed a new C allocation scheme in the CASTANEA PBM, which integrate a combined source-sink limitation of wood growth. The new calibrated model captured both the inter-annual and inter-site changes in stand wood growth that was observed across national environmental gradients. The model was also successfully evaluated against a meta-analysis of carbohydrate reserve pools in trees and satellite-derived leaf area index estimates. Our results indicated that the representation of the environmental control of sink activity does not affect the qualitative predictions of the future of the European forest productivity previously obtained from source-driven PBMs. However, the current, source-driven generation of PBMs probably underestimates the spatial heterogeneity of the effects of climate change on forest growth that arise from sink limitations.Further, we successfully used our findings regarding the dependences of annual wood growth at tree level (i.e., empirical rules of tree growth competition) to calibrate a module for the simulation of the individual growth of trees in the CASTANEA model. The coupled model was used to assess the potential effects of management on forest functioning and wood growth across France. We identified the areas where management efforts may be concentrated in order to mitigate near-future drought impact on national forest productivity. Around a quarter of the French temperate oak and beech forests are currently in zones of high vulnerability, where management could thus mitigate the influence of climate change on forest yield

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Rizvi, Syed. "Amendements calco-magnésiens de bassins versants forestiers acidifiés : effets sur la dynamique de la matière organique et l'activité biologique du sol." Thesis, Aix-Marseille, 2012. http://www.theses.fr/2012AIXM4796.

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Abstract:

L'objectif principal de ce travail est d'évaluer si l'amendement calco-magnésien de deux bassins versants acidifiés du massif vosgien (un sur grès et un sur granite) engendre des changements de la morphologie des humus, de l'abondance et de la diversité de la mésofaune, de la biomasse fongique, du stockage de carbone dans les horizons organiques 5 et 7 ans après l'amendement. Par ailleurs, nous avons effectué une étude dans des conditions contrôlées de laboratoire en utilisant des microcosmes contenant les horizons organiques du sol provenant de bassins versants acidifiés sur grès et sur granite afin d'évaluer les effets à court terme de l'amendement. Les résultats indiquent que les effets de l'amendement sont beaucoup plus marqués sur le substrat le plus acide. À court terme, sur substrat gréseux, nous observons une diminution de l'abondance de la mésofaune puis une augmentation de celle-ci 5 ans après l'amendement avant de ne montrer plus aucun effet 7 ans après l'épandage. L'effet inverse ou aucun effet n'est par contre observé sur substrat granitique. Le contenu en Ca et Mg de l'horizon OL a augmenté avec l'amendement, mais cet effet n'est également significatif que sur grès. La biomasse fongique du sol n'a pas été affectée par le chaulage, mais est significativement plus élevée sur granite que sur grès. Le chaulage a augmenté l'épaisseur de l'horizon OH sur grès alors qu'il a diminué l'épaisseur de l'horizon OL sur granite, probablement en relation avec les modifications de l'activité biologique (mésofaune ou microorganismes). Enfin, sur substrat gréseux, le stock de carbone de l'humus a augmenté du fait d'un épaississement notable de l'horizon OH avec le chaulage
The main objective of this work is to assess the consequences of calco-magnesium liming on two acidified forested catchments in Vosges Mountain (sandstone and granite) on humus morphology, abundance and diversity of mesofauna, fungal biomass and carbon storage in organic horizons 5 and 7 years after liming. Moreover, we performed a study to verify under laboratories conditions by using microcosms filled with soil from acidified catchments lying on sandstone and granite in order to study the short-term effect of calco-magnesium liming. During the two field campaigns, we determined calcium and magnesium contents of OL horizon, pH, humus morphology, mesofauna abundance and diversity, fungal biomass, soil carbon storage of organic layers OL, OF and OH.Results indicated that calco-magnesium liming affects studied parameters in different ways according to elapsed time after liming and the geological substrate (sandstone and granite), the more acidic catchment (sandstone) showing the most remarkable reaction. Results of immediate effects of liming showed a decrease of mesofauna abundance and then gradually increasing tendencies in field campaigns after 5 years while no effect after 7 years after liming. The opposite or no effects were observed on granite substrate. Ca and Mg contents in OL horizon increased by liming but this effect were only significant on sandstone substrate. Soil fungal biomass was not affected by liming but was significantly higher on granite substrate than sandstone. Liming increased the OH horizon thickness on sandstone while decreased the OL horizon on granite, under the influence of biological activity (mesofauna vs microorganisms)

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Pradier, Céline. "Rôles fonctionnels des racines fines profondes en plantation d’eucalyptus au Brésil sur sols pauvres en nutriments et en situation hydrique limitante. Réponse à une situation hydrique limitante." Thesis, Montpellier, SupAgro, 2016. http://www.theses.fr/2016NSAM0031/document.

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Abstract:

Face à une demande mondiale en bois en constante augmentation, les forêts plantées sont en rapide expansion, notamment au Brésil où les plantations d'eucalyptus pourraient couvrir 10 millions d'hectares d'ici 2020. Ces plantations hautement productives soulèvent des questions importantes au niveau (i) de leur durabilité dans un contexte de changement climatique et (i) de leur impact sur l’environnement, en particulier sur les cycles de l'eau, du carbone et des nutriments. La capacité des eucalyptus à développer un système racinaire très profond (<15 m) pour atteindre la nappe phréatique, pourrait jouer un rôle clé dans l’adaptation à des disponibilités plus faible en eau. Cependant, le rôle de ces racines fines profondes dans la nutrition des plantes a jusque-là été extrêmement peu documenté.Dans ce contexte, l'objectif général de cette thèse était d'évaluer l'influence de la profondeur et de la disponibilité de l’eau sur le fonctionnement des racines fines à travers l’étude de la rhizosphère. Pour cela, une plantation clonale d’Eucalyptus grandis de 5 ans a été étudiée au Brésil sous deux régimes hydriques contrastés : un traitement + W, recevant une pluviométrie normale a été comparé à un traitement –W dans lequel 37% des pluviolessivats sont exclus. Des essais ont été réalisés dans le but d'appliquer une technologie de laboratoire innovante au champ : les optodes, permettant la cartographie du pH rhizosphérique notamment. Les rhizodepôts libérés par les racines fines d’eucalyptus interférant avec le signal du capteur optique, nous n’avons pas pu obtenir de résultats interprétables. Cependant, des tests réalisés sur le pin nous laissent confiants quant à la possibilité d'utiliser ce système, en suivant quelques recommandations. Des analyses destructives ont été réalisées sur du sol rhizosphérique et non-rhizosphérique échantillonnés le long d'un profil de 4 m. Au niveau de la nutrition : une accumulation de potassium et de protons au sein de la rhizosphère a été observée, en particulier en dessous d’1 m (x3,0 et x1,1 pour K et H3O+ en + W, resp.) et en condition de réduction des précipitations (x7,0 et x1,4 pour K et H3O+ en –W, resp.). La répétition de ces mesures pendant la saison des pluies a confirmé l'enrichissement de protons et de K dans la rhizosphère, ce qui suggère que ces processus se produisent tout au long de l'année. Cependant, l’absence d’effet traitement durant la saison des pluies laisse suggérer une bonne résilience potentielle du système. La quantité de K amenée à la surface des racines fines par flux de masse, estimée à 2 kg de K ha-1 an-1, ne permet pas d’expliquer la quantité de potassium absorbé par les arbres, estimée à 17,5 kg de K ha-1 an-1, ni l'accumulation observée dans la rhizosphère. Une explication plus probable est l'altération des minéraux potassiques induite par le fonctionnement racinaire, et notamment l’acidification. La preuve de la possibilité d’association ectomycorhiziennes jusqu'à 4 m de profondeur renforce l'hypothèse d'un rôle clé des racines fines profondes dans la nutrition des plantes. Une concentration élevée en Al3+ a aussi été mesurée au sein de la rhizosphère (jusqu'à 12 mg kg-1). Au niveau du stockage du carbone : malgré la diminution exponentielle attendue de la concentration en C et N avec la profondeur (de 0,72 à 0,12 ‰ entre 0 et 4 m), nos résultats ont montré que plus de la moitié du stock de carbone contenu dans le sol non rhizosphérique était situé en dessous d’1 m. Une accumulation de C dans la rhizosphère a été mesurée, en particulier en profondeur (x1,4 en dessous d’1 m en + W) et en condition de réduction des pluies (x3,0 à 4 m en –W). Les mêmes tendances ont été observées pour N. L’effet rhizosphérique a été conservé pendant la saison des pluies, mais pas l'effet du traitement. Ce travail a confirmé que les racines fines profondes jouent un rôle clé, pour la nutrition des plantes et le stockage de carbone, en contexte de changement climatique particulièrement
Due to the constant increase of the world demand for wood, the planted forests are in fast expansion notably in tropical countries such as Brazil where plantations of eucalypts, the most productive and spread out planted species, may reach 10 million ha by 2020. The expansion of these plantations on less fertile sites, combined with the context of climate change lead to important issues about (i) the sustainability of these plantations under more frequent and intense drought events and (i) the impact on the environment of these highly productive plantations with very short rotations (6 yr), particularly for nutrient, water and carbon cycles. Eucalypt trees are able to develop very deep root system (<15 m) to reach the water table, and this may play a key role to cope with decreasing soil water availability. However, the role of these deep fine roots in plant nutrition is dramatically under-documented. In this context, the general objective of this study was to evaluate the influence of soil depth combined with water availability on fine root functioning through characterization of the rhizosphere properties. For this purpose, a 5-yr-old clonal Eucalyptus grandis plantation was studied in Brazil in two contrasted water regimes: the +W treatment, receiving normal rainfall was compared with the –W treatment where 37% of the throughfall were excluded in order to mimick the future climate forecasted in the region. Exploratory tests were carried out for the introduction of an innovative lab technology under field conditions: the optodes, which allow mapping rhizosphere pH. The rhizodeposition of eucalypt fine roots interfered with the optical sensor signal and prevented us to get interpretable results. However, some tests on pine trees let us confident of the possibility of using our system for field studies at depth, using some recommendations. Destructive analyses of rhizosphere and bulk soil samples collected along a 4-m deep soil profile showed an effect of depth and rainfall reduction on rhizosphere pH, potassium concentration, rhizodeposition pattern and carbon storage capacity. Concerning nutrition issues, we found an accumulation of potassium and protons within the rhizosphere, especially below 1-m depth (x3.0 and x1.1 for K and H3O+ in +W, respectively) and in reduced rainfall conditions (x7.0 and x1.4 for K and H3O+ in –W, respectively). Repeating these measurements during rainy season confirmed the enrichment of protons and potassium within the rhizosphere, suggesting that these processes may occur all along the year but no treatment effect was observed anymore, pointing to a potential good resilience of the system. The amount of K brought to fine roots by mass flow was estimated to 2.0 kg K ha-1 yr-1 and could not explain the amount of potassium taken up by trees estimated to 17.5 kg K ha-1 yr-1 and the observed accumulation in the rhizosphere. A more likely explanation was the root-induced weathering of K-bearing minerals, partly related to rhizosphere acidification. Proof of ectomycorrhizal association down to 4-m depth further supported the hypothesis of a key role of deep fine roots in plant nutrition. High exchangeable Al3+ concentration was found within the rhizosphere (up to 12.0 mg kg-1). Concerning the carbon storage issue, despite an expected exponential decrease of C and N concentrations within the bulk soil with depth (0.72‰ to 0.12‰ from top soil to 4-m depth), our results showed that more than half of soil C stock within the bulk soil occurred below the first meter. An accumulation of C within the rhizosphere was found, especially at depth (x1.4 below 1 m in +W) and in reduced rainfall conditions (x3.0 at 4-m depth in –W). The same trends were found for N. The rhizosphere effect was conserved during rainy season but not the treatment effect. This work confirmed that deep fine roots play a key role, especially in the context of climate change, for plant nutrition and carbon storage

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Bellassen, Valentin. "Gestion forestière et cycle du carbone : apports de la modélisation à large échelle et de la télédétection." Paris 6, 2010. http://www.theses.fr/2010PA066361.

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Abstract:

Un module de gestion forestière (FMM), inspiré du modèle d’échelle placette FAGACEES, ainsi que des ajouts au coeur du modèle global de végétation ORCHIDEE, ont été développés. Le couplage des deux dans ORCHIDEE-FM permet de simuler les stocks et des flux de carbone des forêts à large échelle, en tenant compte de leur structure en âge et des exportations de biomasse liées à leur gestion. ORCHIDEE-FM a été évalué aux différentes échelles spatio-temporelles pertinentes pour les processus qu’il représente : de l’hétérogénéité des arbres à l’intérieur d’un peuplement moyen aux stocks et flux de carbone à l’échelle continentale, et des flux annuels aux variations de stocks intégrées sur 100 à 200 ans, durées typiques d’une rotation forestière. Trois applications du modèle sont présentées. La reconstitution du puits de carbone forestier européen entre 1950 et 2000 conclus à un rôle non négligeable (13 %) de l’évolution de la structure en âge des forêts dans l’augmentation de ce puits. La simulation de taillis de peuplier à courte révolution permet d’évaluer l’intérêt économique et écologique de ce type de pratique en climat présent et futur. Enfin, l’assimilation de données de hauteur et de biomasse estimées par télédétection laisse entrevoir une diminution de l’erreur sur les flux simulés de l’ordre de 30 % à 50 %.

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Davi, Hendrik. "Développement d'un modèle forestier générique simulant les flux et les stocks de carbonne et d'eau dans le cadre des changements climatiques." Paris 11, 2004. http://www.theses.fr/2004PA112303.

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Abstract:

Un modèle simulant les flux et les stocks de CO2 et H2O est décrit, paramétré, validé et amélioré à l’échelle de la parcelle forestière et l’extension spatiale à l’échelle de la région est entreprise. L’effet sur les flux simulés de l’incertitude sur les paramètres d’entrées est estimé. Chaque processus implémenté dans le modèle est ensuite évalué séparémment. Puis, le modèle est adapté à différents types d’écosystèmes forestiers et validé de l’heure à la décénnie par comparaison à des flux nets de carbone et a des croissances de bois mesurés. Pour améliorer le couplage eau carbone et la réponse de la photosynthèse au rayonnement, la résistance mésophyllienne au trajet du CO2 entre les stomates et les chloroplastes est implémentée. Pour améliorer la simulation de la croissance aérienne du bois, un modèle d’allocation est développé pour les espèces décidues en utilisant deux sortes de contraintes fonctionnelles : l’homéostasie de la quantité de réserves carbonées et les contraintes hydrauliques. Deux modules, l’un simulant le LAI à partir de la concentration en réserves et l’autre simulant la masse surfacique des feuilles à partir du rayonnement global, sont aussi développés et validés. Ensuite, l’effet sur les flux de l’aggrégation spatiale des principaux paramètres d’entrées variant spatialement, est quantifié à l’aide d’une étude de sensibilité et de trois cas d’étude à trois échelles différentes (de 1 à 1000 ha). Enfin, à l’échelle du massif forestier, une relation linéaire entre le LAI moyen et le logarithme de l’écart type du NDVI mesuré par télédétection, est mise en evidence et les bases théoriques de cette relation sont étudiées
A model simulating CO2 and H2O stocks and fluxes is described, parameterised, validated and improved at forestry stand scale and up scaling to the region is set about. The effect on simulated fluxes of the uncertainty on key input parameters is estimated. Each process implemented in the model is then separately evaluated. After that, the model is adapted to various forest ecosystems and validated from hours to decals by comparison with carbon fluxes and wood growth measurements. To improve the carbon water coupling and the response of foliar photosynthesis to irradiance, the mésophylle resistance for CO2 flux between stomata and chloroplasts is incorporated in the photosynthesis model. To improve the aerial wood growth simulation, an allocation scheme is developed for deciduous trees using two kinds of functional constraints: the carbohydrates homeostasis and the hydraulic equilibrium. Two models, one simulating the Leaf Area Index from carbohydrates content, the other simulating the Leaf mass per Area from absorbed irradiance by leaves, are also developed and validated. After that, the spatial aggregation effect of the key input parameters, spatially varying, on the simulated fluxes, is quantified using a sensitivity analysis and three study cases at three different scales (from 1 ha to 1000 ha). Lastly, at regional scale, a linear relationship between the average LAI and the logarithm of the standard deviation of NDVI measured by remote sensing is highlighted and the theoretical basis of this relationship is studied

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Joly, François-Xavier. "Tree diversity and litter decomposition in European forests." Thesis, Montpellier, 2015. http://www.theses.fr/2015MONTS215.

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Abstract:

Les écosystèmes forestiers jouent un rôle clé en régulant des cycles du carbone (C) et des nutriments et l’érosion en cours de la biodiversité peut affecter ces fonctions écosystémiques. Ces deux dernières décennies, un effort de recherche important a cherché à comprendre comment la biodiversité affecte la productivité primaire. Le processus inverse de minéralisation du C pendant la décomposition de la matière organique est en revanche beaucoup moins étudié. Dans cette thèse, j’ai cherché à démêler les différents mécanismes par lesquels la diversité des arbres et de leurs litières foliaires affecte la décomposition des litières dans les écosystèmes forestiers d’Europe, à travers trois approches.En utilisant un réseau de placettes forestières contenant des gradients de diversité dans six types de forêts à travers l’Europe, j’ai étudié les effets de la diversité des arbres sur la décomposition de la litière via (i) des modifications de l’environnement de décomposition et (ii) les conséquences directes de la diversité des litières foliaires, avec deux expériences en sachets de litière. A travers tous les sites, alors que la richesse spécifique des arbres a eu un effet limité, la fermeture de la canopée a positivement affecté la décomposition par une modification potentielle des conditions microclimatiques. De plus, les traits moyens de qualité physique et chimique de la chute de litière et la dissimilarité de traits entre les litières d’espèces différentes ont influencé les communautés de décomposeurs permettant dans une certaine mesure de prédire la décomposition de substrats standards. Une fois ces effets pris en compte, la qualité des litières en décomposition a eu un impact supplémentaire mais relativement plus faible sur la décomposition. Ces résultats suggèrent que les effets indirects de la diversité des arbres sur la modification des conditions microenvironnementales sont plus importants pour la décomposition que les effets directs de la qualité intrinsèque des litières en décomposition.J’ai ensuite exploré le rôle des composés solubles lessivés à partir de litière d’espèces différentes sur les processus microbiens du sol par une expérience en microcosmes. Les lessivats de litière d’arbres décidus étaient qualitativement et quantitativement différents de ceux des litières de conifères et ont induit une respiration microbienne du sol plus importante. Le mélange de lessivats des différentes espèces a donné lieu à des effets non-additifs sur les processus microbiens du sol, associés à la dissimilarité de stochiométrie des lessivats. Le lessivage étant un processus dominant pendant la phase initiale de décomposition, l’identité et la diversité des lessivats peut contribuer au contrôle du recyclage du C et des nutriments.Par une troisième approche, mon but a été de mieux comprendre les mécanismes qui sous-tendent les forts effets observées des détritivores du sol sur la décomposition des litières et les effets de diversité. J’ai cherché à comprendre si la transformation de litière en fèces par le détritivores Glomeris marginata stimulait les décomposeurs microbiens, et si cette stimulation dépendait de la qualité de la litière ingérée. L’activité microbienne était stimulée pour les fèces issues de litières récalcitrantes, mais pas pour les fèces issus de litières de meilleure qualité initiale. Ainsi, les conséquences de la transformation de litière en fèces de macroarthropodes pour les décomposeurs microbiens dépend de l’espèce de litières et peut contribuer aux effets de diversité des litières.Les données collectées durant cette thèse montre que la diversité fonctionnelle des arbres peut affecter la décomposition des litières à travers plusieurs mécanismes à différentes étapes de la décomposition. Du fait de cette complexité, les conséquences des changements de diversité pour le cycle du C et des nutriments dans les forêts d’Europe peuvent être importantes, mais sont actuellement difficiles à prédire et à généraliser
Forest ecosystems play a key role in regulating the global carbon (C) and nutrient cycles, and the ongoing erosion of biodiversity is susceptible to modify these ecosystem functions. Over the past two decades, a strong research effort was put into the understanding of how changing biodiversity impacts primary productivity. The reverse process of respiratory C loss during organic matter breakdown however, remained much less studied. In this PhD thesis, I aimed at teasing apart the different mechanisms of how tree and associated leaf litter diversity may affect litter decomposition in European forest ecosystems using three distinct approaches.First, using a network of forest plots with tree diversity gradients in six major forest types across Europe, I studied the effects of tree diversity on litter decomposition through (i) modifications of the decomposition environment and (ii) the direct consequences of leaf litter diversity, with two litterbag experiments. Across all sites, while tree species richness had only a limited effect, forest canopy closure affected decomposition positively by potentially improving microclimatic conditions. In addition, mean chemical and physical quality traits of the litterfall, and trait dissimilarity in leaf litter from different species influenced decomposer communities in a way that decomposition of the common substrates was predictable to a reasonable degree. Once these effects were accounted for, the quality of decomposing litter showed an additional, but comparatively small impact. Collectively, these results suggest that the indirect effects of tree diversity on decomposition through microenvironmental controls are more important than the direct effects of the inherent quality of decomposing litter.With a second approach using microcosms under controlled-conditions, I aimed at assessing the role of soluble compounds leached from decomposing litter of different species for microbial-driven soil processes. Leachates from litter of broadleaved deciduous species differed in composition and quantity and induced stronger soil microbial respiration than those from litter of coniferous species. When the species-specific leachates were mixed, I observed non-additive mixing effects on soil microbial processes associated to the dissimilarity in leachate stoichiometry. Since leaching is the dominant process during the initial stage of decomposition, litter leachate identity and diversity may significantly contribute to the control of carbon and nutrient cycling.Finally, in a third approach my goal was to better understand the underlying mechanisms of the observed strong effects of soil detritivores on litter decomposition and diversity effects. I investigated whether the transformation of litter into feces by the detritivore Glomeris marginata stimulated microbial decomposers, and whether this stimulation depended on the quality of the ingested litter. Microbial activity was stimulated in feces derived from recalcitrant litter, but not in feces derived from litter of higher initial quality. In conclusion, the consequences of litter transformation into macroarthropod feces for microbial decomposers is litter species-specific which may further contribute to litter diversity effects.The data collected during my PhD thesis shows that the functional diversity of trees can affect litter decomposition through various mechanisms during different stages of decomposition. As a result of this complexity, the consequences of changes in biodiversity for the carbon and nutrient cycles in European forests can be substantial, but are presently difficult to predict and to generalize

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Quibel, Edouard. "Impacts de la préparation du sol lors de la phase de plantation sur la dynamique des matières organiques et la fonction de stockage du Carbone dans les sols forestiers Impact du travail du sol localisé sur le stock de carbone organique du sol et la communauté microbienne en condition de plantation en forêt tempérée Changes in soil organic carbon stock by mechanical site preparation in oak and pine plantations on an acidic soil Impact du travail du sol localisé sur le stock de carbone organique du sol et la communauté microbienne en condition de plantation sur sol à engorgement temporaire en eau." Thesis, Normandie, 2020. http://www.theses.fr/2020NORMR017.

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Abstract:

Dans le contexte actuel de changement climatique, la forêt est vue comme un puits de carbone, c’est-à-dire qu’elle contribue à stocker du C. Ce stockage peut s’effectuer à moyen terme dans la biomasse ligneuse et à plus long terme dans les sols. Afin de préserver les forêts et leur capacité de stockage, les gestionnaires forestiers se voient contraints d’effectuer de la régénération artificielle, c’est-à-dire de la plantation pour adapter les peuplements aux conditions futures. Pour assurer le succès de cette étape de plantation, il est parfois nécessaire de lever certaines contraintes comme la présence de végétation bloquante, de tassement ou d’engorgement en eau des sols. Pour ce faire, une Préparation Mécanique des Sols (PMS) peut être effectuée avant la plantation. Ces travaux de PMS sont susceptibles de provoquer une perte de Carbone Organique du Sol (COS). Afin de limiter les effets négatifs de la PMS, des outils ont été développés afin de ne préparer le sol que de manière localisée, sur la future ligne de plants. Ces outils ont été développés pour répondre à certaines situations. Les outils Scarificateur Réfersible® et le sous-soleur multifonction® (MFSS) sont faits pour préparer des sols tassés et/ou envahis par la fougère aigle (Pteridium aquilinum). Les outils Razherb® (RAZ) et Culti 3B® (C3B) sont, quant à eux, utilisés pour préparer des sols tassés et/ou engorgés en eau envahis par la molinie (Molinia caerulea). Dans un premier temps, appuyé sur 6 sites du réseau ALTER, l’impact de l’outil RS, seul ou en combinaison avec MFSS, sur le COS a été évalué 5 ans après la PMS. Leur impact a été évalué sur le COS de manière quantitative et qualitative mais également sur le fonctionnement microbien du sol. Cette étude a montré, sur la zone travaillée, une baisse du stock de C sur le profil de sol complet (L-60 cm) et du C minéralisé par la communauté microbienne en conditions contrôlées. Cependant, il a également été démontré que les caractéristiques du sol modulent l’impact de ces outils à l’échelle de la parcelle forestière. Dans un deuxième temps, appuyé sur 3 sites du réseau PILOTE, l’impact de la combinaison d’outils RAZ+C3B a été évalué sur les stocks de COS et sur la minéralisation potentielle. Sur ces sols à engorgement temporaire, une baisse de stock de COS a été observée dans la zone travaillée uniquement dans le topsoil (L-30 cm). En revanche, le stock de COS sur le profil complet comme la minéralisation potentielle ne présentaient pas d’effet significatif sur la zone travaillée. A l’échelle de la parcelle forestière, la combinaison RAZ+C3B n’a pas présenté d’effet sur les stocks de COS ni sur la minéralisation potentielle. Dans son ensemble, ce travail de thèse suggère que bien qu’ayant un impact sur la zone préparée, les outils utilisés dans cette étude n’influençaient que peu le sol à l’échelle de la parcelle forestière. Toutefois, ces observations peuvent varier selon le type de sol en présence et avoir un impact important
In the current context of climate change, forests are seen as a carbon sinj, i. e. they can contribute to C storage. This storage can take place in the medium term in woody biomass and in the longer term in soils. In order to preserve forests and their C storage capacity, foresters have to carry out artificial regeneration (i. e. planting) to adapt stands to future conditions. To ensure the success of this planting stage, it is sometimes necessary to remove some constraints such as the presence of blocking vegetation, compaction or waterlogging of soil. To do this, a Mechanical Soil Preparation (MSP) can be carried out prior to plantin. This PMS work may cause a Soil Organic Carbon (SOC) loss by mineralization. In order to limit the negative effects of PMS, tools have been developed to prepare the soil only in a localized area, on the future line of plants. These tools have been developed to respond to some situations. The Reversible Scarifier® (RS) tool and the Multifunction Subsoiler (MFSS) are designed to prepare soils compacted and/or invaded by eagle fern (Pteridium aquilinum). The Razherb® (RAZ) and the Culti 3B® (C3B) tools are designed to prepare compacted and/or waterlogged soils invaded by Molinia caerulea (Molinia caerulea). First, based on 6 sites belonging to the ALTER network, the impact of the RS tool alone and in combination with MFSS on COS was evaluated 5 years after the PMS. This evaluation therefore focused on the quantity and quality of SOC. The impact of the tools on the microbial functioning of the soil was also tested. This part showed a decrease in the stock of C and mineralized C by the microbial community under controlled conditions localized to the prepared area but impacts at the forest stand scale depend on soil characteristics. Second, based on 3 sites belonging to the PILOTE network, the impact of the combination of RAZ+C3B tools on SOC stocks and potential mineralization was evaluated. On these soils with temporary waterlogging, adecrease in SOC stock was observed in the prepared area only in the topsoil (0-30 cm). On the other hand, both SOC stock on the full profile and the potential mineralization did not have a significant effect on the prepared area. At the forest stand scale, the RAZ+C3B combination had no effect on SOC stock or potential mineralization. This thesis work suggests that although they had an impact on the prepared area, the tools used in this study had low influence on the soil at the forest plot scale. However, these observations may vary according to the soil type and have a significant impact on the forest plot

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Vallet, Patrick. "Impact de différentes stratégies sylvicoles sur la fonction "puits de carbone" des peuplements forestiers. Modélisation et simulation à l'échelle de la parcelle." Phd thesis, ENGREF (AgroParisTech), 2005. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00001635.

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Abstract:

La capitalisation sur pied et la substitution d'essences sont deux stratégies sylvicoles analysées dans cette thèse, chacune pressentie pour être favorable au stockage du carbone, enjeu majeur de ce XXIème siècle pour la lutte contre le réchauffement climatique. La première correspond à un ralentissement des récoltes, qui devrait générer un puits de carbone additionnel par l'augmentation des stocks moyens de biomasse sur pied. La substitution d'essences à croissance lente comme le Chêne sessile ou le Hêtre par des essences résineuses à croissance rapide comme le Pin laricio ou le Douglas pourrait entraîner une absorption plus rapide du CO2. L'impact sur le carbone de ces deux stratégies est d'autant plus intéressant à étudier que les gestionnaires forestiers les pratiquent déjà. La construction d'une chaîne de modèles prenant en compte l'ensemble des compartiments dans lesquels le carbone est impliqué, à savoir la biomasse forestière, le sol, mais aussi les produits forestiers issus de l'exploitation, permet d'effectuer des simulations donnant des résultats quantitatifs sur ces pratiques. Nous montrons qu'une capitalisation sur pied engendrerait un puits de carbone additionnel dépendant de l'état initial des peuplements, de la fertilité et de la nouvelle sylviculture pratiquée. Il pourrait s'élever jusqu'à 142 tC/ha après obtention du régime permanent dans le cas le plus favorable. La substitution de feuillus à croissance lente par des résineux à croissance rapide serait également un puits de carbone important (jusqu'à 2 tC/ha/an) pendant plusieurs décennies, mais s'avérerait d'un stock de carbone moyen inférieur sur le long terme.

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Piponiot, Camille. "Quel futur pour les forêts de production en Amazonie ? Du bilan Carbone de l'exploitation forestière à la recherche de compromis entre services écosystémiques (bois d'oeuvre, biodiversité et carbone)." Thesis, Guyane, 2018. http://www.theses.fr/2018YANE0008/document.

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Abstract:

La moitié des forêts tropicales du monde est désignée comme des forêts de production par les services forestiers nationaux. Si l'effet de la déforestation sur les émissions de carbone et les pertes de biodiversité en région tropicale ont fait l'objet de nombreuses études, les impacts à long terme de l'exploitation commerciale de bois sur ces forêts restent à ce jour très peu étudiés. Or, les enjeux sont grandissants pour ces forêts de production. Non seulement elles doivent alimenter le commerce du bois tropical, mais leur rôle dans le stockage de carbone et dans la préservation de la biodiversité est de plus en plus reconnu. La thèse développée ici s'organise en trois temps. Premièrement, un modèle de bilan carbone de l'exploitation forestière est développé, et les différences régionales de dynamique de récupération du carbone post-exploitation sont modelisées. Deuxièmement, un modèle de récupération du volume de bois d'oeuvre a été développé et calibré à l'échelle amazonienne. Ces résultats ont permis de montrer la lenteur de la récupération du volume de bois d'Amazonie, et la non-durabilité des pratiques actuelles d'exploitation. Ces modèles (carbone et bois d'oeuvre) ont été élaborés dans un cadre bayésien, avec l'appui et les données du Tropical managed Forest Observatory (www.tmfo.org), réseau rassemblant 9 institutions de recherche et plus de 200 parcelles de suivi de la dynamique forestière après exploitation en Amazonie. Enfin, une analyse comparative de scénarios prospectifs a été effectuée, où les compromis possibles entre services écosystémiques (bois d'oeuvre, carbone et biodiversité) ont été explorés par des techniques d'optimisation multicritères
Half of the world's tropical forets are designated by national forest services as production forests. While here have been numerous studies on the impact if devorestation on carbon emissions and biodiversity loss in the tropics, the long-term impacts of selective logging are still poorly studied; However, the importance of these production forests is increasing. Not only must they meet the growing tropical timber demand, but their role in Carbon storage and the biodiversity conservation is increasingly recognized. The studies developped in this thesis are threefold. First, a carbon balance model of logging is developped, and regional differences in post-logging carbon recovery of timber volume on the Amazon, and thus the unsustainability of current logging practices. These models (carbon and timber) were developped on a Bayesian framework, with support and data from the Tropical managed Forest Observatory (TmFO : www.tmfo.org), a netword of 9 research institutions and more than 200 forest plotswhere post-logging forest dynamics have been monitored for <30 years in the Amazon. Finally, a comparative analysis of prospective scenarios was carried out, where potential tradeoffs between ecosystem services (timber, carbone and biodiversity) were explored using multi-criteria optimization analysis

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Calhoon, Emily B. W. "Vegetation and hydrologic influences on carbon and nitrogen in subsurface water of a forested riparian wetland /." Available online. Click here, 2005. http://sunshine.lib.mtu.edu/ETD/THESIS/calhoone/thesis.pdf.

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Peaucelle, Marc. "Utilisation des traits fonctionnels au sein d'un modèle global de végétation : analyse de trois approches complémentaires axées sur les écosystèmes forestiers." Thesis, Paris 6, 2016. http://www.theses.fr/2016PA066238/document.

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Abstract:

Dans les modèles globaux de la biosphère continentale, toute la végétation mondiale est généralement représentée par une dizaine de grand groupes fonctionnels (PFT-Plant Functional Type), dont les caractéristiques (traits) sont fixes. Cette rigidité ne permet pas de représenter correctement l'évolution de la végétation face aux pressions environnementales et anthropiques grandissantes, et est à l'origine de nombreuses incertitudes pour l'estimation des cycles bio-géochimiques associés. Trois approches complémentaires axées sur l'utilisation des traits fonctionnels ont été explorées à l'aide du modèle dynamique global de végétation ORCHIDEE afin d'améliorer la représentation des PFTs forestiers. La première approche consiste à augmenter le nombre de PFTs à partir d'une classification hiérarchique des espèces. La seconde approche permet d'extrapoler les traits observés pour chaque PFT existant grâce à des relations empiriques calibrées à partir de plusieurs variables environnementales. La dernière approche utilise la théorie de la coordination de la photosynthèse afin d'estimer des distributions continues de traits en conditions optimales de photosynthèse. En parallèle, cette étude s'interroge sur les capacité d'un modèle global à représenter correctement les traits fonctionnels lorsqu'il est optimisé pour un flux de carbone. L'augmentation du nombre de PFTs permet d'améliorer significativement les caractéristiques et la représentativité spatiale des peuplements simulés de plus de 50 %. Les deux autres approches permettent d'estimer des distributions de traits réalistes et mettent en évidence un rôle ``tampon'' important de la plasticité des traits sur les flux de carbone futurs. Les trois approches abordées ont mis en évidence certaines faiblesses du modèle liées à la représentation de la phénologie, de l'allocation de la biomasse ou encore du stress hydrique pour les conifères. Ces résultats ont menés à la mise en place d'une représentation explicite des processus phénologiques pour les conifères sempervirents dans ORCHIDEE, qui à présent reproduit les dynamiques de LAI observées par télédétection. Enfin, le modèle ORCHIDEE ne peux pas être paramétré avec des observations directes de traits, privilégiant l'approche théorique pour simuler les distributions de traits. Cependant, l'assimilation de données d'observations de flux de carbone permet de faire le lien entre les traits mesurés à l'échelle foliaire et leur intégration à l'échelle de la canopée. Elle permet de retrouver des distributions de traits cohérentes avec les observations, ainsi que des relations trait-trait et trait-environnement qui sont observées à l'échelle foliaire
Earth system models currently use a discretized representation of vegetation, grouping together the whole world species into a dozen of Plant Functional Types (PFT), whose characteristics (traits) are fixed. This rigidity does not allow to accurately represent the evolution of ecosystems and their associated bio-geochemical cycles, while vegetation is facing stronger environnemental and anthropogenic pressures. Three complementary approaches based on functional traits were tested in order to improve the representation of forests in the dynamic global vegetation model ORCHIDEE. Based on a hierarchical classification of species, the first approach is to increase the number of PFTs. The second approach extrapolates observed traits for each PFT from empirical relationships calibrated against different environmental variables. The last one uses the photosynthesis coordination theory which allows the estimation of functional traits in optimal photosynthesis conditions. In addition, this study explores the capacity of a global model to represent functional traits when optimized against a given carbon flux. Increasing the number of PFTs significantly improves the estimations of stand characteristics and their spatial distribution by more than 50 %. The two other approaches managed to reproduce realistics traits distributions and higlighted the ``buffer'' role of traits plasticity on futur carbon fluxes. Some weaknesses of the model linked to phenological processes, biomass allocation or hydric stress, emerged for conifers species. This led to the implementation of an explicit representation of the phenology for evergreen needleleaves PFTs in ORCHIDEE, which can now reproduce the LAI dynamic observed from remote sensing data. Finally, the ORCHIDEE model cannot be calibrated with in situ observations, emphasizing the theoretical approach to simulate continuous traits distributions. However, the assimilation of observed carbon fluxes allows to bridge the gap between traits measured at the leaf scale and the canopy. It reproduced consistent trait distributions with observations, and led to trait-trait and trait-environment relationships similar to those observed at the leaf scale

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Ridolfi, Michèle. "Fonctionnement stomatique d'arbres forestiers en situation de carence calcique, et dans le cas d'une insensibilité à l'acide abscissique : conséquences pour l'assimilation de carbone." Nancy 1, 1995. http://www.theses.fr/1995NAN10420.

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Abstract:

Populus Koreana x trichocarpa présente des stomates insensibles à l'acide abscissique malgre la synthèse effective de l'hormone. Une sécheresse édaphique a provoqué un gradient de fermeture stomatique le long de la tige. Une fermeture complète des stomates n'a été obtenue que pour les feuilles en expansion. Une augmentation expérimentale de la concentration en calcium apoplastique a permis la fermeture des stomates de ces jeunes feuilles, mimant l'effet de la sécheresse. La régulation stomatique de ce peuplier en condition hydrique limitante est donc acide abscissique indépendante mais pourrait faire intervenir les ions calcium. La limitation de la transpiration de la plante etait realisée par une abscission précoce des feuilles développées. Pour les feuilles matures, la fermeture partielle des stomates durant la sécheresse était accompagnée d'une réduction de l'assimilation nette en dioxyde de carbone. La réduction du dégagement photosynthètique d'oxygéne en condition de dioxyde de carbone saturant, et la stabilité de la concentration en dioxyde de carbone dans les chloroplastes plaident pour une limitation non stomatique de la photosynthèse durant la sécheresse. Les effets d'une carence calcique ont été etudiés sur des plants de Quercus robur et Fagus sylvatica. La carence calcique n'a pas affecté le mouvement de fermeture stomatique induit par l'obscurité ou l'acide abscissique. Les conductances stomatiques enregistrées à la lumiére étaient réduites, pouvant provenir d'une moindre synthèse en osmoticum organiques. La réduction de l'assimilation nette en dioxyde de carbone pour les feuilles carencées était accompagnée d'une diminution de la disponibilité en dioxyde de carbone dans les chloroplastes, mais pas dans les espaces sous stomatiques. Une augmentation des résistances mesophylliennes à la diffusion du dioxyde de carbone pourrait expliquer cette observation

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Marone, Diatta. "Étude du potentiel de stock de carbone d’espèces agroforestières et de leurs traits fonctionnels en lien avec les systèmes d’utilisation des terres au Sénégal." Doctoral thesis, Université Laval, 2015. http://hdl.handle.net/20.500.11794/25721.

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Abstract:

En Afrique, les technologies agroforestières jouent un rôle socio-économique majeur, mais leur potentiel à contribuer aux stocks de carbone, ainsi que celui de leurs espèces ligneuses est encore peu connu. De même, la réponse de leurs espèces ligneuses aux changements de l’environnement n’est pas documentée. Nous avons mesuré le stock de carbone de cinq espèces ligneuses locales (Acacia raddiana, Balanites aegyptiaca, Euphorbia balsamifera, Faidherbia albida et Neocarya macrophylla) et le stock sol-plante de trois technologies agroforestières (jachère, parc arboré et parcours naturel) selon trois textures contrastantes de sol (argileux, sableux et sablo-limoneux). Nous avons évalué le profil de développement racinaire (RDD) et la longueur spécifique racinaire (SRL) des espèces sous ces mêmes conditions. La variation intraspécifique des traits foliaires (surface spécifique foliaire (SLA); contenu en matière sèche (LDMC); contenu en carbone et en azote (LCC, LNC)); SRL; contenu en carbone et en azote des racines (RCC; RNC)) a été étudiée selon la texture du sol et les trois saisons : saison des pluies (SP), saison sèche chaude (SSC), saison sèche fraîche (SSF). Le carbone de la biomasse a été plus élevé dans les sols sableux, tandis que les sols argileux ont présenté les plus importants stocks de carbone du sol. Le carbone du système sol-plante a été plus élevé dans les jachères. La RDD n’a pas varié entre texture de sol et entre technologie agroforestière et un maximum de biomasse a été observé entre 40 et 60 cm de profondeur. La SRL a été plus élevée dans les parcs arborés, les parcours naturels, les sols sableux, plus pauvres en matière organique et la SSC, période la plus stressante. Les sempervirentes ont montré en général une plus grande variabilité des traits en réponse au sol et aux saisons. La variabilité intraspécifique de la SLA a été plus élevée en SSC, tandis que l’inverse a été observé pour la SRL. Pendant la SP, une corrélation positive a été notée entre SLA et SRL. Des jachères de courtes durées enrichies de sempevirentes et de décidues fixatrices d’azote contribueraient à accroitre le stock de carbone des terres dégradées des Niayes.
In Africa, agroforestry technologies play a major socio-economic role, but their potential and that of the principal woody species to contribute to carbon stocks is still poorly understood. As well, the potential of these species to respond to a changing environment is poorly documented. We measured the carbon stock of five local tree species (Acacia raddiana, Balanites aegyptiaca, Euphorbia balsamifera, Faidherbia albida and Neocarya macrophylla) and soil-plant carbon storage associated with three agroforestry technologies (fallow, park land, and rangeland) in three contrasting soil textures (clay, sandy and sandy loam). We evaluated the root depth distribution profile (RDD) and the specific root length (SRL) of these species under these conditions. Intraspecific variation in leaf traits (specific leaf area (SLA); leaf dry matter content (LDMC); leaf carbon and nitrogen content (LCC LNC); SRL, root carbon and nitrogen content (RCC, RNC) ) of these species was also investigated in three soil textures and over three seasons: rainy season (SP), hot dry season (SSC), and cool dry season (SSF). The carbon stored in biomass was higher in sandy soils, while clay soil showed the highest soil carbon stocks. Carbon stored in the soil-plant system was highest in fallow, compared to park land and to rangeland. The RDD did not change with either soil texture or agroforestry technology, and a maximum of root biomass was consistently observed between 40 and 60 cm deep. The SRL was higher in park lands, rangelands and sandy soils, with low soil organic matter, and in the SSC, the most stressful season. Evergreen species generally showed greater variability of traits in response to soil texture and season. Intraspecific variability of SLA was higher in SSC, while the opposite was observed for the SRL. During the SP, a positive correlation was noted between SLA and SRL. Short periods of fallow enriched by evergreen and deciduous nitrogen fixing species would contribute to increase the carbon stocks of degraded lands in these study sites.

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Mazzei, De Freitas Lucas. "Durabilité écologique et économique de l'exploitation forestière pour la production de bois d'œuvre et pour le stockage du carbone en Amazonie." Phd thesis, AgroParisTech, 2010. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00611175.

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Abstract:

L'évaluation de la durabilité écologique et économique d'une exploitation forestière dans le contexte amazonien est l'objectif de ce travail. Deux sites ont été utilisés : 1)le site de Paracou en Guyane française sur lequel la dynamique forestière est suivie depuis 1984; 2) une forêt privée située au Pará, Brésil, offrant des données sur l'impact de l'exploitation et ses coûts et recettes. Premièrement, ce travail a consisté à améliorer le simulateur de la dynamique forestière Selva. 11 modèles spécifiques aux processus de mortalité et de recrutement ont été élaborés. Les processus de mortalité sur pied et par chablis utilisent respectivement des variables biologiques de l'arbre et des variables descriptives du peuplement. Des variables décrivant la structure et la composition floristique du peuplement ont permis de modéliser le recrutement de 30 espèces, surtout des pionnières/héliophiles. L'incorporation de ces modèles a permis d'intégrer 92 stratégies de vie dans le simulateur. La forêt virtuelle générée montre une structure et une diversité spécifique proches d'une forêt primaire. Dans le cadre de la législation brésilienne préconisant des cycles de 25-35ans, la simulation montre qu'il est possible d'exploiter 4 tiges/ha/cycle en maintenant une surface terrière 20% inférieure à l'originale. Si l'exploitation forestière engendre des bénéfices variant entre 147 et 239 US$/ha/an, la déforestation produit des bénéfices légèrement supérieurs (295 US$/ha/an). Un schéma de compensation financière de changement d'un système émetteur de carbone (déforestation) pour un autre (exploitation forestière) représenterait un coût d'abattement de la tonne du carbone supérieur à US$ 10

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Courte, Amandine. "Le carbone des sols, la petite agriculture, ses systèmes de production et pratiques, témoins des enjeux environnementaux et agricoles de la Guyane." Electronic Thesis or Diss., Guyane, 2019. http://www.theses.fr/2019YANE0010.

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Abstract:

Les sols guyanais et ceux de l’ensemble du biome amazonien présentent des contraintes édaphiques fortes pour les agrosystèmes, accentuées par les changements d’usage. Les stocks de carbone sont alors au centre des enjeux de fertilité et de gestion environnementale ce qui implique que systèmes et pratiques à faible impact émergent. Notre objectif a été d’estimer l’intérêt de telles pratiques, nous avons étudié l’évolution des stocks après mise en culture en s’appuyant sur les données issues de la création de deux référentiels, celui des systèmes de production de la petite agriculture et celui des stocks de carbone des sols sous végétation naturelle. La prospection dans les systèmes de production agricoles guyanais, a montré que le carbone peut être un indicateur reconnu qui conditionne les modes de gestion de l’espace et confirme le développement spontané de pratiques à faible impact de la part des agriculteurs. Les mesures en milieu forestier et des travaux de spatialisation, indiquent que les stocks de carbone organique des sols sous végétation naturelle sont élevés et pourraient constituer un réservoir de carbone important pour la France, estimé entre 11 et 22 % du stock national. Les mesures de stocks agricoles et les simulations (RothC) du devenir du stock ont souligné que les stocks varient rapidement et fortement après la défriche et la mise en culture. En effet, des décroissances de 50 % de stocks ont été observées avec des systèmes de cultures intensifs en 5 ans. Les pratiques à faible impact portent quant à elles des systèmes de productions efficients au niveau économique mais aussi pour leur intérêt environnemental en étant peu émettrices de GES et en pouvant accroitre le stock du sol de 20 % en 5 ans. Cependant, au-delà de l’acceptation par les agriculteurs, les freins au développement de l’agriculture sont nombreux et nécessitent une prise en compte transversale de ces problématiques par les politiques publiques afin d’encourager les pratiques à faible impact
Guyanese soils as those of Amazonian bioma, have for agrosystems, strong edaphic constrains which are accentuated by land uses changes. Carbon stocks are the center of fertility and environmental management issues that involves emerging systems and low impact practices. In order to estimate the value of such practices, we studied the stocks evolution after cultivation using the data provided by the creation of two repositories, one of the production systems of small-scale agriculture and the other one of soil carbon stocks under natural vegetation. Our study on Guiana's agricultural production systems showed that carbon can be a recognized indicator that order space management patterns. This work also confirms the spontaneous development of low-impact practices by farmers. Measurements in the forest environment and mapping showed that soil organic carbon stocks under natural vegetation are high and could constitute an important carbon reservoir for France, estimated between 11 and 22 % of the national stock. Measurements of agricultural stocks and simulations (RothC) of the stock value among time, indicated that stocks vary rapidly and strongly after clearing and cultivation. Indeed, 50 % stocks decreases have been observed with intensive crop systems after 5 years’ cultivation. Low-impact practices reveal economical and environmental efficiency. In fact, they present an interest by being low GHG emitters and being able to increase the initial SOC under natural vegetation by 20 % after 5 years. However, beyond the farmers acceptability, there are many obstacles for agriculture development and these issues require global public policies in order to encourage these low-impact practices

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Barbaroux, Cécile. "Analyse et modélisation des flux de carbone de peuplements forestiers pour la compréhension de la croissance de deux espèces feuillues Quercus petraea et Fagus sylvatica." Paris 11, 2002. http://www.theses.fr/2002PA112084.

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Abstract:

Plusieurs études dendroclimatiques (variations inter-annuelles de la largeur de cernes en fonction du climat) du chêne sessile (bois à zone poreuse) et du hêtre (bois à pores diffus) ont mis en évidence des corrélations avec le climat de l'année et des effets différés du climat ou de la croissance. Ces effets différés sont souvent plus marqués et plus anciens chez le chêne. Nos objectifs sont de vérifier si les anatomies et/ou les phénologies contrastées (mise en place des feuilles, reprise de croissance du bois) de ces deux essences s'accompagnent d'une gestion différente des réserves carbonées, et de schémas d'allocation du carbone spécifiques, à la fois en intra- et en inter-annuel. Pour répondre à ces objectifs, nous avons développé une approche pluridisciplinaire associant dendrochronologie, écophysiologie, dendrométrie et modélisation du fonctionnement hydrique et carboné de peuplements de chênes et de hêtres. L'analyse des variations interannuelles de croissance radiale du chêne et du hêtre a été réalisée sur les 30 dernières années à partir de 900 arbres répartis dans des classes d'âges et de fertilités variées en forêt de Fontainebleau. L'étude dendroclimatique met en évidence une forte dépendance de la productivité des hêtraies à la disponibilité en eau du sol pendant la saison de végétation de l'année et de l'année précédente. Pour les chênaies, la productivité est corrélée à la disponibilité en eau du sol pendant la saison de végétation et à la croissance de l'année précédente. L'analyse biochimique des réserves glucidiques (amidon, saccharose, glucose et fructose), réalisée sur deux peuplements purs de chênes et de hêtres âgés de 35 ans en Lorraine, révèle une dynamique saisonnière des réserves plus marquée et des concentrations plus élevées chez le chêne. Ces différences de gestion des réserves sont cohérentes avec des besoins plus importants en croissance chez le chêne pendant la phase d'hétérotrophie du carbone. L'estimation des quantités de réserves et d'accroissement annuel en biomasse du peuplement sur plusieurs années a nécessité un travail préliminaire pour décrire les variabilités intra- et inter-arbres puis pour effectuer le changement d'échelle des arbres étudiés au peuplement. .
Several dendroecological studies (inter-annual variations of the tree-rings width according to the climate) of the sessile oak (ring porous species) and of the beech (diffuse porous species) put into evidence their interrelationships with the climatic signal of the year and differed effects of the climate or the growth. These differed effects are often more obvious and older on oaks. Our objectives are to verify if the anatomies and/or the contrasted phenology (setting up of leaves, resuming of wood growth) of these two species entail a different management of carbohydrate reserves, and of specific carbon allocation pattern, at intra- and in inter-annual scales. To reach these objectives, we have developed a pluridisciplinary approach associating dendrochronology, ecophysiology, dendrometry and modeling of water and carbon functioning of oaks and beeches stands. The analysis of the inter-annual variations of radial growth of the oak and of the beech was based on the last 30 years measurements on 900 varied trees in terms of fertility and age in the Fontainebleau forest. Dendroclimatic study puts into evidence a strong dependence of the beeches stands productivity on the soil water availability during the season of vegetation of the year and the previous year. For oaks stands, the productivity is correlated to the soil water availability during the season of vegetation and to the growth of the previous year. The biochemical analysis of carbohydrate reserves (starch, sucrose, glucose and fructose), made on two pure stands of oaks and beeches of 35 years old in Lorraine, reveals a seasonal dynamics of reserves more obvious as well as an higher concentration for the oak. These differences of reserve management correspond to the important needs in growth of the oak during the phase of carbon heterotrophy. Analyzing the reserves quantities and yearly growth in biomass of the population on several years required preliminary works to describe intra- and inter-trees variability and then to up-scale the studied tree to the stand. Knowledge acquired on the seasonal dynamics of carbohydrate reserves quantities, as well as on the growth phenology of the oak and the beech, have been integrated in a model of stand carbon balance (CASTANEA, E. Dufrêne). The possible changes of carbon allocation to the growth between years can be tested thanks to the model, through hypotheses of interactions between dynamics appropriate in reserves and growth. These modifications have been tested on the Fontainebleau site. .

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Irulappa, Pillai Vijayakumar Dinesh Babu. "Hybrid modeling of aboveground biomass carbon using disturbance history over large areas of boreal forest in eastern Canada." Doctoral thesis, Université Laval, 2016. http://hdl.handle.net/20.500.11794/26572.

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Abstract:

Le feu joue un rôle important dans la succession de la forêt boréale du nord-est de l’Amérique et le temps depuis le dernier feu (TDF) devrait être utile pour prédire la distribution spatiale du carbone. Les deux premiers objectifs de cette thèse sont: (1) la spatialisation du TDF pour une vaste région de forêt boréale de l'est du Canada (217,000 km2) et (2) la prédiction du carbone de la biomasse aérienne (CBA) à l’aide du TDF à une échelle liée aux perturbations par le feu. Un modèle non paramétrique a d’abord été développé pour prédire le TDF à partir d’historiques de feu, des données d'inventaire et climatiques à une échelle de 2 km2. Cette échelle correspond à la superficie minimale d’un feu pour être inclus dans la base de données canadienne des grands feux. Nous avons trouvé un ajustement substantiel à l’échelle de la région d’étude et à celle de paysages régionaux, mais la précision est restée faible à l’échelle de cellules individuelles de 2 km2. Une modélisation hiérarchique a ensuite été développée pour spatialiser le CBA des placettes d’inventaire à la même échelle de 2 km2. Les proportions des classes de densité du couvert étaient les variables les plus importantes pour prédire le CBA. Le CBA co-variait également avec la vitesse de récupération du couvert au travers de laquelle le TDF intervient indirectement. Finalement, nous avons comparé des estimations de CBA obtenues par télédétection satellitaire avec celles obtenues précédemment. Les résultats indiquent que les proportions des classes de densité du couvert et des types de dépôts ainsi que le TDF pourraient servir comme variables auxiliaires pour augmenter substantiellement la précision des estimés de CBA par télédétection. Les résultats de cette étude ont montré: 1) l'importance d’allonger la profondeur temporelle des historiques de feu pour donner une meilleure perspective des changements actuels du régime de feu; 2) l'importance d'intégrer l’information sur la reprise du couvert après feu aux courbes de rendement de CBA dans les modèles de bilan de carbone; et 3) l'importance de l'historique des feux et de la récupération de la végétation pour améliorer la précision de la cartographie de la biomasse à partir de la télédétection.
Fire is as a main succession driver in northeastern American boreal forests and time since last fire (TSLF) is seen as a useful covariate to infer the spatial variation of carbon. The first two objectives of this thesis are: (1) to elaborate a TSLF map over an extensive region in boreal forests of eastern Canada (217,000 km2) and (2) to predict aboveground carbon biomass (ABC) as a function of TSLF at a scale related to fire disturbances. A non-parametric model was first developed to predict TSLF using historical records of fire, forest inventory data and climate data at a 2-km2 scale. Two kilometer square is the minimum size for fires to be considered important enough and included in the Canadian large fire database. Overall, we found a substantial agreement at the scale of both the study area and landscape units, but the accuracy remained fairly low at the scale of individual 2-km2 cells. A hierarchical modeling approach is then presented for scaling-up ABC from inventory plots to the same 2 km2 scale. The proportions of cover density classes were the most important variables to predict ABC. ABC was also related to the speed of post-fire canopy recovery through which TSLF acts indirectly upon ABC. Finally, we compared remote sensing based aboveground biomass estimates with our inventory based estimates to provide insights on improving their accuracy. The results indicated again that abundances of canopy cover density classes of surficial deposits, and TSLF may serve as ancillary variables for improving substantially the accuracy of remotely sensed biomass estimates. The study results have shown: 1) the importance of lengthening the historical records of fire records to provide a better perspective of the actual changes of fire regime; 2) the importance of incorporating post-fire canopy recovery information together with ABC yield curves in carbon budget models at a spatial scale related to fire disturbances; 3) the importance of adding disturbance history and vegetation recovery trends with remote sensing reflectance data to improve accuracy for biomass mapping.

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Kothawala, Dolly N. "Controls on the soil solution partitioning of dissolved organic carbon and nitrogen in the mineral horizons of forested soils." Thesis, McGill University, 2009. http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=115565.

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Abstract:

Note:
The soil-solution partitioning of dissolved organic carbon (DOC) withinmineral soil horizons is primarily controlled by processes of adsorption and desorption. These abiotic processes largely occur within a short equilibration time of seconds to minutes, which generally occur faster than microbial processes. To characterise the adsorption of DOC to mineral soils, I used the Langmuir adsorption isotherm, which holds several advantages to the commonly used linear initial mass (IM) isotherm. One advantage to using the Langmuir isotherm is anestimation of the maximum DOC adsorption capacity (Qmax). The Qmax estimates the number of remaining DOC binding sites available on the mineral soil particle surfaces. I modified the traditional Langmuir isotherm in order to estimate the DOC desorption potential of native soil organic matter (SOC).[...]
Le partitionnement entre les solutions de sols du carbone organiquedissous (COD) dans les horizons des sols minéraux est essentiellement contrôle par les processus d'adsorption et de désorption. Ces processus abiotiques se déroulent normalement dans un bref temps d'équilibration variant de quelques secondes a quelques minutes, ce qui est en général plus rapide que les processus microbiens. Pour caractériser Fadsorption de COD aux sols minéraux, nous avons utilise l'isotherme d'adsorption de Langmuir. Cette isotherme présente plusieurs avantages par rapport a Fisotherme de masses initiales (IM) linéaires couramment utilisée, en particulier F estimation de la capacité d'adsorption maximale du COD (Qmax). Le Qmax estime le nombre de sites de liaison de COD restants a la surface du sol minéral. Nous avons aussi modifie Fisotherme de Langmuir traditionnelle afin d'évaluer le potentiel de désorption de COD de la matière organique du sol indigène (MOS).[...]

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Kothawala, Dolly N. 1972. "Controls on the soil solution partitioning of dissolved organic carbon and nitrogen in the mineral horizons of forested soils." Thesis, McGill University, 2009. http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=115858.

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Abstract:

The soil-solution partitioning of dissolved organic carbon (DOC) within mineral soil horizons is primarily controlled by processes of adsorption and desorption. These abiotic processes largely occur within a short equilibration time of seconds to minutes, which generally occur faster than microbial processes. To characterise the adsorption of DOC to mineral soils, I used the Langmuir adsorption isotherm, which holds several advantages to the commonly used linear initial mass (IM) isotherm. One advantage to using the Langmuir isotherm is an estimation of the maximum DOC adsorption capacity (Qmax). The Qmax estimates the number of remaining DOC binding sites available on the mineral soil particle surfaces. I modified the traditional Langmuir isotherm in order to estimate the DOC desorption potential of native soil organic matter (SOC).
Sorption characteristics were derived for a broad range of52 mineral soils collected from 17 soil profiles spanning across Canada from British Columbia to Quebec. Mineral horizons with the greatest Qmax included the Fe-enriched B horizons of acidic Podzols and Volcanic soils, followed by B horizons not enriched in Fe, followed by A and C horizons. Podzol B horizons were distinct from all other horizons due to significantly higher desorption potential. Soil properties predicting the adsorption characteristics of DOC also predicted the adsorption characteristics of dissolved organic nitrogen (DON). Adsorption of DOC and DON was tightly coupled (R 2 = 0.86), however the ratio of DOC:DON in the final equilibrium solution lowered for 48 out of 52 minerals horizons. These results suggest that DON may be slightly more mobile than DOC.
A short-term (32 day) incubation was perform to establish the fate of indigenous soil C, relative to newly adsorbed soil C to four mineral soils with different adsorption characteristics. Soil columns were leached periodically and sampled for DOC and CO2 production. Two Fe-enriched mineral horizons with high adsorption capacity released low amounts of old SOC, yet released almost all of the newly adsorbed SOC. In contrast, two B horizons without Fe-enrichment released greater amounts of old SOC, and retained a greater fraction of the newly adsorbed SOC than the Fe-enriched horizons. These results identify a contrast between the fate of indigenous and newly adsorbed SOC on mineral soils with differing Qmax.
The final component of this study examined changes to the molecular structure of DOC after equilibration with mineral soils. Multiple techniques were used to assess changes in the molecular composition of DOC, including the analysis of aromatic content by specific UV absorbance (SUVA) and fluorescence spectroscopy, analysis of molecular weight distribution (MWD) with high performance size exclusion chromatography (HPSEC) and functional group analysis with Fourier transform infra-red spectroscopy (FTIR). The solution phase DOC generally showed a reduced aromatic content, along with the removal of organic compounds with carboxyl groups. The MWD of DOC was reduced after equilibration to mineral soils, and the reduction in average molecular weight was related to the Qmax of mineral soils.
The various components of this thesis have contributed to the overall understanding of controls on the adsorption of DOC and DON species to mineral soils of the Canadian temperate and boreal forest.

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Boissier, Jean-Michel. "Etude des flux de matière organique transportée par les eaux de percolation de trois sols forestiers, à la suite de fortes précipitations orageuses simulées." Grenoble 1, 1992. http://www.theses.fr/1992GRE10112.

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Abstract:

Les milieux terrestres representent une source potentielle de matiere organique pour les ecosystemes aquatiques, notamment au cours de fortes precipitations orageuses. Dans ce travail, nous avons cherche a quantifier une partie des transferts entre les ecosystemes terrestres et les milieux aquatiques, en utilisant des descripteurs globaux tels que les differentes formes du carbone organique, l'activite enzymatique, les denombrements bacteriens, ainsi que des mesures physico-chimiques simples. Ces descripteurs ont ete mesures a la fois sur trois sols forestiers de montagne (deux sols bruns et un pseudogley podzolique) et sur les eaux de percolation qui s'en ecoulent a la suite de precipitations orageuses simulees. Pour les deux sols bruns, on observe de fortes variations de l'activite enzymatique edaphique. Ces variations sont fonction des evenements climatiques precedant les pluies artificielles. L'humidite des sols semble etre la seule variable pedoclimatique a jouer un role, a notre echelle de mesures. Cette influence est moins marquee pour le pseudogley podzolique, sans doute a cause de l'effet mulch induit par la litiere. Les caracteristiques biologiques des eaux de percolation sont inversement proportionnelles a celles mesurees sur leurs sols d'origines, notamment pour les deux sols bruns. Nous avons attribues les differentes valeurs de l'activite biologique des eaux de percolation a la qualite du carbone organique entraine par ces dernieres. Des mesures de biodegradabilite du carbone organique, faites a l'aide de bacteries autochtones, montrent que les sols bruns sont capables d'alimenter les milieux aquatiques en carbone assimilable. Le pseudogley podzolique relargue des eaux dont les charges en carbone sont majoritairement constituees de carbone refractaire a une biodegradation rapide (produits phenoliques)

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Wadl, Erica Fritz. "Effects of Forested Streamside Management Zone Widths and Thinning on Carbon Dynamics and Benthic Macroinvertebrates for Pine Plantations in the Piedmont of Virginia." Thesis, Virginia Tech, 2008. http://hdl.handle.net/10919/36032.

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Abstract:

To protect the integrity of the United Stateâ s waters, the Federal Water Pollution Control Act of 1972 promoted the establishment of Best Management Practices (BMPs) for forestry. A commonly used BMP is the reservation of Streamside Management Zones (SMZs). In this study the effectiveness of three different SMZ widths, 30.5 m (100 ft), 15.3 m (50 ft), and 7.6 m (25 ft), as well as thinning in 15.3 m SMZs were studied. The objectives of the study were to determine the effects these SMZ treatments had on carbon pools, carbon fluxes and environmental conditions in the SMZ. The benthic macroinvertebrate populations present within the stream were also examined because of their relationship to ecosystem carbon dynamics. Carbon storage in plant communities, litter layer, soil (upper 10 cm), and total organic carbon present (TOC) within streams were measured and quantified. Total CO2 efflux and the major environmental drivers of soil CO2 efflux, soil moisture and soil temperature, were monitored along a single transect within each SMZ. This study showed that carbon dynamics and stream biota (benthic macroinvertebrates) were not adversely effected by more narrow SMZ width and thinning within the SMZ. SMZ width did affect soil temperature, one of the environmental drivers affecting soil respiration. Based on these short-term results a 15.3 m SMZ with thinning or without thinning appears adequate to prevent changes in ecosystem function and water quality for forest applications.
Master of Science

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Bréchet, Laëtitia. "Contribution à l'étude de la variabilité spatiale des composantes du bilan de carbone d'un sol de forêt tropicale humide (Paracou, Guyane française)." Thesis, Nancy 1, 2009. http://www.theses.fr/2009NAN10105/document.

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Abstract:

L’objectif principal de ce travail fut d’analyser la variabilité spatiale de plusieurs composantes du bilan de C du sol en forêt tropicale humide. L’étude menée en Guyane française a été essentiellement réalisée dans la forêt naturelle du site-atelier Guyaflux et dans une plantation d’essences locales à proximité. Deux approches ont permis de répondre à cet objectif. La première visait à évaluer les effets des facteurs environnementaux (i.e. type de sol, humidité du sol ou structure forestière) sur la variabilité spatiale et interspécifique de plusieurs composantes. Parmi ces composantes les estimations de biomasse racinaire, production des racines fines (Ø < 2 mm) et respiration du sol (Rsol) ont mis en évidence une forte variabilité spatiale intra-parcelle. Au sein d’une même parcelle, une relation empirique significative a été observée entre les données de surface terrière du peuplement et les mesures de Rsol. Conjointement, une étude comparative de la phénologie de croissance et de la décomposition des racines fines a permis d’évaluer les variations entre cinq et huit espèces ligneuses, respectivement. La deuxième approche consistait à hiérarchiser les facteurs responsables de la variabilité spatiale de Rsol : une composante intégrative des processus impliqués dans le fonctionnement du sol. Rsol se décompose en une composante hétérotrophe (Rh) et autotrophe (Ra). Dans ce cadre deux modèles semi-mécanistes ont été paramétrés et testés grâce aux mesures de Rsol réalisées en continu sur le même site. Le modèle de bilan de C du sol CENTURY a simulé Rh, la respiration des micro-organismes décomposeurs de la matière organique. Le module McCree a simulé Ra, la respiration des racines vivantes et a été associé à CENTURY pour simuler Rsol totale. Une analyse de sensibilité réalisée sur ces prédictions de flux a montré que la qualité chimique (e.g. teneur en lignine) des litières ainsi que l’humidité du sol affectent la variabilité spatiale des flux de CO2 provenant du sol. L’utilisation de modèles mécanistes est ressortie très prometteuse dans ce travail de thèse, elle complète efficacement les analyses des expérimentations in situ en ajoutant une dimension particulière à chaque facteur d’influence des processus biologiques extrêmement complexes en forêt tropicale
The aim of this study was to define the spatial variability of the C balance components of the soil in a tropical rain forest. This work was conducted in French Guiana in the Guyaflux experimental forest and in a close plantation of monospecific plots. Two approaches were used in this investigation. The first one aimed to analyze the effects of the environmental factors (i.e. soil texture, soil moisture or forest structure) on the spatial and interspecific variability in several components in situ. Among these components, the root biomass, the fine roots (Ø < 2 mm) production and the soil respiration (Rsol) measurements underlined a large spatial variability within plot. At this scale, there was a significant empirical relationship between the tree basal area and soil respiration. Interspecific variations in fine root elongation and decomposition rate have been jointly estimated for five and eight tropical tree species, respectively. The second approach classified the factors according to the magnitude of their effects on spatial variability of Rsol. Rsol is derived from both heterotrophic respiration by microorganisms (Rh) that decompose ground surface organic matter and autotrophic respiration by roots (Ra). Datasets from two years experiments of Rsol were used to evaluate the performance of semi-mechanistic model on the Guyaflux site. A soil organic matter model, CENTURY, simulating Rh component was coupled with the McCree model, which simulates the Ra of Rsol. The results of a parametric sensitivity analysis on the different predictions proved that the litter quality (e.g. lignin content) and the soil moisture were the two main factors responsible for the spatial variation of the CO2 flux on the soil. In this study, we showed that the use of simulation models linked to experimental field results is a promising approach to understand the impact of the biotic and abiotic factors on the processes deeply complex in tropical forest

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McKee, Scott Edward. "Long-Term (24-Year) Effects of Harvest Disturbances on Ecosystem Productivity and Carbon Sequestration in Tupelo-Cypress Swamps in the Mobile-Tensaw River Delta." Thesis, Virginia Tech, 2011. http://hdl.handle.net/10919/31761.

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Abstract:

Due to the paucity of long-term harvest impact data, the primary goals of this study were to quantify the long-term effects of different harvest disturbances twenty-four years after harvest on two major wetland functions: stand productivity and C storage. This study evaluated the effects of three harvest types that were originally applied in 1986 to a tupelo (Nyssa aquatic)-cypress (Taxodium distichum) forested wetland in the Mobile-Tensaw River Delta of southwestern Alabama. Treatments were: 1. Helicopter harvest (HELI), 2. Skidder simulation where 50% of the site was rutted to a depth of 30 cm (SKID), and 3. Helicopter harvest followed by glyphosate herbicide removal of all sprouts and seedbank regeneration for two years following harvest (GLYPH). An adjacent mature stand (94 years old) within the same original composition represented mature forest or pre-harvest reference conditions (REF). Above- and belowground plant biomass, belowground woody debris, soil C, and soil CO2 efflux were measured. Twenty-four years after treatments were applied, forest C levels were higher in SKID treatments (206.1 Mg C ha-1) than in HELI treatments (168.7 Mg C ha-1). GLYPH treatments are holding less (144.2 Mg C ha-1) while REF areas hold 332.6 Mg C ha-1. SKID treatments are also holding the most biomass of all treatments with 243.2 Mg ha-1 of overstory biomass. Ecosystem C and biomass patterns indicate HELI and SKID are becoming similar to the original site conditions represented by the REF areas. The resiliency of these highly disturbed stands are explained by the frequent inputs of non-compacted sediments, presence of species well adapted to very poorly drained and aerated conditions, high rates of coppice regeneration, shrink-swell ameliorative properties of the soil and creation of more complex microtopography within SKID treatments.
Master of Science

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Rintsch, Eileen Tabata. "Effects of a forested state park on stream dissolved organic carbon and total suspended solid concentrations in an agriculturally dominated watershed in SW Ohio." Miami University / OhioLINK, 2021. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=miami1626962623587062.

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Belkacem, Saïd. "Étude de la restauration des sols acides soumis à de forts apports acides : effet des formes et doses d'amendements sur le fonctionnement d'un sol acide forestier." Nancy 1, 1993. http://www.theses.fr/1993NAN10282.

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Abstract:

La restauration des sols forestiers acides et leur dynamique sont abordées par l'étude des effets des formes et quantités d'amendements apportés, en interaction avec la qualité de l'humus. Le caco#3, caco#3+mgo et caso#4 sont apportés en surface avec des doses de 0, 0. 56, 2. 8 et 5. 6 t/ha équivalent cao et les principaux résultats sont: le sol: la valeur du ph du sol est augmentée de 4 unités ph dans les couches de surface (a#1) et d'une unité ph en moyenne en profondeur (b) avec les amendements carbonates. La restauration a été rapide (moins de 7 mois) dans les premiers centimètres du sol avec une migration également de particules de carbonates (>40% du ca) de la litière vers la couche a#1#1 (-3 cm). La saturation n'est pas modifiée dans les couches inferieures du (b) (16 a 21 cm), sauf pour la forme sulfate où elle a augmente de 50% par rapport au témoin. Les mécanismes d'échanges de l'aluminium par le calcium expliquent ces changements sur les surfaces d'échange; la solution du sol: par rapport au témoin, la composition des eaux a été modifiée rapidement (2 mois) par le sulfate avec un enrichissement du flux d'aluminium et de calcium. L'effet des carbonates sur la solution, sous (b) (-21 cm), a été moins rapide (7 mois). Les analyses des eaux montrent une modification de la dynamique de l'azote. Dans le traitement carbonate le mécanisme reste le même et l'anion dominant est le nitrate. Dans le traitement caso#4, l'anion vecteur est le sulfate, 52% de l'azote d'azote est transporté hors du profil sous forme d'ammonium

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Sabetraftar, Karim, and Karim Sabetraftar@anu edu au. "The hydrological flux of organic carbon at the catchment scale: a case study in the Cotter River catchment, Australia." The Australian National University. Centre for Resource and Environmental Studies, 2005. http://thesis.anu.edu.au./public/adt-ANU20070502.141450.

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Abstract:

Existing terrestrial carbon accounting models have mainly investigated atmosphere-vegetationsoil stocks and fluxes but have largely ignored the hydrological flux of organic carbon. It is generally assumed that biomass and soil carbon are the only relevant pools in a landscape ecosystem. However, recent findings have suggested that significant amounts of organic carbon can dissolve (dissolved organic carbon or DOC) or particulate (particulate organic carbon or POC) in water and enter the hydrological flux at the catchment scale. A significant quantity of total organic carbon (TOC) sequestered through photosynthesis may be exported from the landscape through the hydrological flux and stored in downstream stocks.¶ This thesis presents a catchment-scale case study investigation into the export of organic carbon through a river system in comparison with carbon that is produced by vegetation through photosynthesis. The Cotter River Catchment was selected as the case study. It is a forested catchment that experienced a major wildfire event in January 2003. The approach is based on an integration of a number of models. The main input data were time series of in-stream carbon measurements and remotely sensed vegetation greenness. The application of models to investigate diffuse chemical substances has dramatically increased in the past few years because of the significant role of hydrology in controlling ecosystem exchange. The research firstly discusses the use of a hydrological simulation model (IHACRES) to analyse organic carbon samples from stream and tributaries in the Cotter River Catchment case study. The IHACRES rainfall-runoff model and a regionalization method are used to estimate stream-flow for the 75 sub-catchments. The simulated streamflow data were used to calculate organic carbon loads from concentrations sampled at five locations in the catchment.¶ The gross primary productivity (GPP) of the vegetation cover in the catchment was estimated using a radiation use efficiency (RUE) model driven by MODIS TERRA data on vegetation greenness and modeled surface irradiance (RS). The relationship between total organic carbon discharged in-stream and total carbon uptake by plants was assessed using a cross-correlation analysis.¶ The IHACRES rainfall-runoff model was successfully calibrated at three gauged sites and performed well. The results of the calibration procedure were used in the regionalization method that enabled streamflow to be estimated at ungauged locations including the seven sampling sites and the 75 sub-catchment areas. The IHACRES modelling approach was found appropriate for investigating a wide range of issues related to the hydrological export of organic carbon at the catchment scale. A weekly sampling program was implemented to provide estimates of TOC, DOC and POC concentrations in the Cotter River Catchment between July 2003 and June 2004. The organic carbon load was estimated using an averaging method.¶ The rate of photosynthesis by vegetation (GPP) was successfully estimated using the radiation use efficiency model to discern general patterns of vegetation productivity at sub-catchment scales. This analysis required detailed spatial resolution of the GPP across the entire catchment area (comprising 75 sub-catchment areas) in addition to the sampling locations. Important factors that varied at the catchment scale during the sampling period July 2003 June 2004, particularly the wildfire impacts, were also considered in this assessment. ¶ The results of the hydrologic modelling approach and terrestrial GPP outcome were compared using cross correlation and regression analysis. This comparison revealed the likely proportion of catchment GPP that contributes to in-stream hydrological flux of organic carbon. TOC Load was 0.45% of GPP and 22.5 - 25% of litter layer. As a result of this investigation and giving due consideration to the uncertainties in the approach, it can be concluded that the hydrological flux of organic carbon in a forested catchment is a function of gross primary productivity.

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Dissertations / Theses on the topic 'Carbone forestier'

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